JP6446557B2 - エンジン制御装置 - Google Patents
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Description
本発明は、車両等に搭載されるエンジンを制御する装置に関する。
現在の自動車は、環境保全と省エネルギの観点から高効率化と排気清浄化を要求されている。
高効率化の手段としては、ダウンサイジング、少気筒数化、高圧縮比化などによりエンジン構造を改良することが挙げられる。ダウンサイジングはエンジンの幾何学的構造により実現されるので、エンジン動作時に可変させることはできない。少気筒数化と高圧縮比化については、エンジン動作時に可変させることができる。少気筒数化は、気筒休止により模擬することができる。圧縮比は、ピストンの位置を基準として算出する場合と、吸気バルブを閉じるタイミング（すなわち混合気を圧縮開始するタイミング）を基準として算出する場合とがある。ピストン位置を基準とする場合、ピストンが上死点にある時の燃焼室容積とピストンが下死点にある時の燃焼室内容積との比により算出する。吸気バルブ閉タイミングを基準とする場合、吸気バルブが閉まった時点における燃焼室内容積とピストンが上死点にある時の燃焼室容積との比により算出する。したがって圧縮比は、ピストンストロークや吸気弁閉タイミングによって可変とすることができる。
排気清浄化の手段としては、排気管に備えられる触媒を早期に活性化させることが挙げられる。具体的には、エンジン始動後に点火時期を遅角させることにより排気温度を上昇させる、触媒暖機運転モードが実施されている。点火時期を遅角させる制御と関連して、燃焼を安定化させるため点火プラグ周りにスライトリッチ混合気を配置させている。しかしながら、スライトリッチ混合気の存在と点火時期の遅角により燃焼室内温度が低下し、粒子状物質（以下、ＰＭ／ＰＮ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ／Ｎｕｍｂｅｒ）を増加させる可能性がある。具体的には、低温で酸化した燃料がススとなりＰＭ／ＰＮを発生させる可能性がある。
下記特許文献１は、『二次エア供給時の可変動弁機構によるバルブリフト特性を所定の二次エア用リフト設定とすることによって、燃料増量による燃焼室内の空燃比（燃焼Ａ／Ｆ）の大幅なリッチ化を伴うことなく、内燃機関の燃焼室で燃焼されずに排気通路へ排出されるＨＣ（ハイドロカーボン）等を含む未燃ガスを増加させることができる。つまり、燃焼Ａ／Ｆのリッチ化の抑制（リーン化）と、燃焼室より排出されるＨＣ濃度の増加と、を両立することができる。従って、燃焼Ａ／Ｆのリッチ化の抑制により、燃費向上やＮＯｘ等の排気エミッションの低減化を図り、また、ＨＣ濃度の増加によって、二次エアの供給による後燃え促進により排気昇温効果を高め、触媒早期活性化を図ることができる。』という技術について開示している（段落０００７参照）。
上記特許文献１記載の技術において、触媒暖機運転モードを実施することを考える。同文献においては、燃焼室内のＡ／Ｆのリッチ化を抑制している。しかし燃焼室内のＡ／Ｆのリッチ化を抑制すると、燃焼安定性は悪化する。そうすると、燃焼室内温度が低下するので、その結果としてＰＭ／ＰＮが増加する。したがって触媒暖機運転モードの効果が十分に発揮されないことになる。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、触媒暖機運転モードを実施するエンジンにおいて、ＰＭ／ＰＮの増加を抑制することのできるエンジン制御装置を提供することを目的とする。
本発明に係るエンジン制御装置は、触媒暖機運転モードにおける点火時期と、エンジンの実圧縮比とを同調して制御する。
本発明に係るエンジン制御装置によれば、点火時期と実圧縮比をともに制御することにより、排気温度と燃料室内温度をともに制御することができる。排気温度を上昇させることにより触媒を活性化させるとともに、燃料室内温度を上昇させることによりＰＭ／ＰＮの増加を抑制することができる。
＜エンジン制御装置の構成＞
以下では本発明の実施形態として、エンジンの制御装置について説明する。同エンジンは、可変動弁を備えるとともに、ピストンストロークを可変とせしめる機構を備える、自動車用エンジンであることを想定する。
以下では本発明の実施形態として、エンジンの制御装置について説明する。同エンジンは、可変動弁を備えるとともに、ピストンストロークを可変とせしめる機構を備える、自動車用エンジンであることを想定する。
図１は、本実施形態に係る自動車用エンジンシステムのシステム構成図である。エンジン１００は、火花点火燃焼あるいは圧縮自己着火式燃焼を実施する自動車用エンジンである。吸気管１１の適宜位置には、吸入空気量を計測するエアフロセンサ３、吸気管圧力を調整するスロットル５、吸入空気の温度および湿度を計測する吸気温湿度センサ４、吸気管内の面積を可変にするタンブル弁６がそれぞれ配置されている。エアフロセンサ３は、吸入空気圧力センサであってもよい。
エンジン１００の適宜位置には、燃焼室１７の中に燃料を噴射するインジェクタ７、点火エネルギを供給する点火プラグ１９、燃焼室１７に流入する吸入空気と排出する排気を調整する可変動弁１２、が備えられている。可変動弁１２は、吸気弁と排気弁の開いている期間あるいは開閉時期を可変とすることができる。吸気弁のみ可変動弁を備えることとしてもよい。吸気弁を閉じる時期を変更することにより、実圧縮比を変更することができる。これにより、燃焼室内圧力と温度を可変とすることができる。点火プラグ１９は点火コイル２０と接続され、点火コイル２０によって点火エネルギが制御される。
エンジン１００の適宜位置には、インジェクタ７と連結して燃料を供給するコモンレール９、コモンレール９に燃料を圧送するための燃料ポンプ８、燃料ポンプ８に燃料を供給する燃料配管１０、が備えられている。コモンレール９の適宜位置には、燃料の圧力を計測する燃料圧力センサ３３が備えられている。燃料圧力センサ３３は燃料温度センサであってもよい。
排気管２２の適宜位置には、排気を浄化する三元触媒２３、三元触媒２３の上流側にて排気の温度を計測する排気温センサ２４、三元触媒２３の上流側にて排気の空燃比を検出する空燃比センサ２５、吸気管１１へ連結された排気還流管２８、が備えられている。空燃比センサ２５は酸素濃度センサであってもよい。
排気還流管２８の適宜位置には、排気還流率を調整するＥＧＲ弁２６、還流ガス温度を調整するＥＧＲクーラ２７、が備えられている。ＥＧＲクーラ２７は、還流ガス温度の温度調整を実施するための冷却水の出入口を有する。ＥＧＲクーラ２７は、還流ガス温度を検出するセンサとしても動作することができる。エンジン１００の適宜位置には、冷却水の流量を制御するための冷却水ポンプ２９と冷却水流路切替弁３０が備えられている。
クランクシャフト１４はメインシャフトとサブシャフトにより構成され、サブシャフトはコネクティングロッドを介してピストン１３に連結されている。エンジン１００はさらに、メインシャフトとサブシャフトの距離、あるいはコネクティングロッドの長さを可変とするコントロールシャフト３１を備えている。これら機構を備えることにより、ピストン１３のストローク量を変更し、燃焼室１７内の圧力と温度を可変とすることができる。ピストン１３のストローク量を可変とせしめる機構は上記の限りではない。
クランクシャフト１４には、クランクシャフト１４の角度と回転速度、およびピストン１３の移動速度を検出するためのクランク角センサ１５が備えられている。エンジン１００はさらに、エンジン１００の振動を加速度として検出するためのノックセンサ１６を備えている。
エンジン１００の適宜位置には、燃焼室１７内部の圧力を検出する圧力センサ２１が備えられている。圧力センサ２１は、エンジン１００内部のイオン量を検出するイオン電流センサであってもよい。エンジン１００の適宜位置には、エンジン１００内部の冷却水温度を検出する冷却水温センサ１８が備えられている。
エアフロセンサ３、吸気温湿度センサ４、クランク角センサ１５、ノックセンサ１６、冷却水温センサ１８、圧力センサ２１、排気温センサ２４、空燃比センサ２５、およびＥＧＲクーラ２７が出力する検出信号は、ＥＣＵ１に送られる。
アクセルペダル開度センサ２は、アクセルペダルの踏み込み量、すなわちアクセルペダル開度を検出する。アクセルペダル開度センサ２が出力する検出信号は、ＥＣＵ１に送られる。ＥＣＵ１は、アクセルペダル開度センサ２が出力する信号に基づいて要求トルクを演算する。すなわちアクセルペダル開度センサ２は、エンジン１００に対する要求トルクを検出する要求トルク検出センサとして用いられる。
ＥＣＵ１は、クランク角センサ１５が出力する信号に基づいて、クランクシャフト１４の角度と回転速度、およびピストン１３の移動速度を演算する。ＥＣＵ１は、各センサの出力から得られるエンジン１００の運転状態に基づいて、スロットル５の開度、タンブル弁６の開度、インジェクタ７の噴射信号、燃料ポンプ８の駆動信号、可変動弁１２の弁開閉時期、点火コイル２０の点火制御信号、ＥＧＲ弁２６の開度、冷却水ポンプ２９の冷却水切替弁駆動信号、ピストンストローク量を制御するコントロールシャフト３１の制御信号、などのエンジン１００の主要な機能部の作動量を好適に演算する。
ＥＣＵ１が演算したスロットル５の開度は、スロットル駆動信号としてスロットル５へ送られる。ＥＣＵ１が演算したタンブル弁６の開度は、タンブル弁駆動信号としてタンブル弁６へ送られる。ＥＣＵ１が演算したインジェクタ７の噴射信号は、インジェクタ開弁パルス信号に変換されインジェクタ７に送られる。ＥＣＵ１が演算した燃料ポンプ８の駆動信号は、燃料ポンプ８へ送られる。ＥＣＵ１が演算した可変動弁１２の弁開閉時期は、可変動弁駆動信号として可変動弁１２へ送られる。ＥＣＵ１が演算した点火制御信号は、ＥＣＵ１が演算した点火時期で点火されるように、１回あるいは複数回の点火を指令する点火制御信号として点火コイル２０に送られる。ＥＣＵ１が演算したＥＧＲ弁２６の開度は、ＥＧＲ弁駆動信号としてＥＧＲ弁２６へ送られる。ＥＣＵ１が演算した冷却水切換弁制御信号は、冷却水ポンプ２９と冷却水流路切替弁３０へ送られる。
吸気管１１から吸気弁を経て燃焼室１７内に流入した空気と、排気管２２からＥＧＲ弁２６とＥＧＲクーラ２７を経て再循環する再循環ガスとの混合気に対し、燃料が噴射され可燃混合気を形成する。可燃混合気は、所定の点火時期で点火コイル２０により点火エネルギを供給された点火プラグ１９から発生される火花により爆発し、その燃焼圧によりピストン１３が押し下げられ、これがエンジン１００の駆動力となる。爆発後の排気は、排気管２２を経て三元触媒２３に送られる。排気成分は三元触媒２３内で浄化された後に排出される。
ＥＣＵ１が演算した目標ピストンストローク信号は、コントロールシャフト３１へ送られる。エンジン１００は自動車に搭載されており、ＥＣＵ１は当該自動車の走行状態に関する情報を受け取る。ＥＣＵ１は、（ａ）エンジン１００を搭載する車体あるいは車輪に取り付けられた車速センサ、（ｂ）車体の加速度または角度を計測するセンサ（以下Ｇセンサ３２）、（ｃ）エンジン１００を搭載する車体に取り付けられた変速機を制御するためのシフトレバーの位置を検出するシフトレバー位置センサ、などから検出信号を直接または他制御装置を介して受け取ることもできる。
ＥＣＵ１は、Ｇセンサ３２からの検出信号を用いて、例えば車体が平地に置かれているのかそれとも傾斜面に置かれているのか、などを判定することができる。また冷却水温センサ１８からの検出信号を用いて、触媒暖機運転モードを実施すべきか否かを判定することができる。例えば冷却水温度が適当な閾値より大きい場合、触媒暖機運転モードを実施すべき要求はないと判定することができる。
図２は、ＥＣＵ１の構成を示すシステムブロック図である。アクセルペダル開度センサ２、エアフロセンサ３、吸気温湿度センサ４、クランク角センサ１５、ノックセンサ１６、冷却水温センサ１８、圧力センサ２１、排気温センサ２４、空燃比センサ２５、ＥＧＲクーラ２７（還流ガス温度検出器）、Ｇセンサ３２、などからの出力信号は、ＥＣＵ１の入力回路５０ａに入力される。入力された各センサからの信号は、入出力ポート５０ｂに送られる。
入出力ポート５０ｂに送られた信号は、信号値としてＲＡＭ５０ｃに保管されＣＰＵ５０ｅはその信号値を用いて演算処理を実施する。ＣＰＵ５０ｅが実施する演算処理内容を記述した制御プログラムは、あらかじめＲＯＭ５０ｄに格納されている。制御プログラムに従って演算された各アクチュエータの作動量を示す値は、ＲＡＭ５０ｃに保管された後、入出力ポート５０ｂおよび各駆動回路を経て各アクチュエータに送られる。以下では記載の便宜上、制御プログラムを動作主体として説明する場合があるが、実際に制御プログラムを実行するのはＣＰＵ５０ｅである。
本実施形態においては、ＥＣＵ１は以下の駆動回路を備える：スロットル駆動回路５０ｆ、タンブル弁駆動回路５０ｇ、インジェクタ駆動回路５０ｈ、燃料ポンプ駆動回路５０ｉ、可変動弁駆動回路５０ｊ、コントロールシャフト駆動回路５０ｋ、点火信号出力回路５０ｌ、ＥＧＲ弁駆動回路５０ｍ、冷却水制御回路５０ｎ。各駆動回路はそれぞれ以下を制御する：スロットル５、タンブル弁６、インジェクタ７、燃料ポンプ８、可変動弁１２、コントロールシャフト３１、点火コイル２０、ＥＧＲ弁２６、冷却水ポンプ２９および冷却水流路切替弁３０。本実施形態においてはＥＣＵ１内にこれら駆動回路を備えているが、これに限るものではなく、いずれかの駆動回路をＥＣＵ１外に備えてもよい。
図３Ａは、ＣＰＵ５０ｅが車両の運転モードを演算する手順を説明する演算ロジック図である。ＣＰＵ５０ｅが実施する制御プログラムは、制御ブロックとして運転モード演算部を備える。始動指示信号ＫＳ、Ｇセンサ信号ＧＳ、冷却水温度ＴＷが運転モード演算部に入力され、運転モード演算部はこれら入力信号に基づき運転モードＭＤを演算して出力する。
図３Ｂは、ＣＰＵ５０ｅが運転モードＭＤを演算する際に用いる運転モード判定表である。始動指示信号ＫＳが０であるとき、Ｇセンサ信号ＧＳと冷却水温度ＴＷは参照せず、運転モードＭＤは０となる。始動指示信号ＫＳが１であり、Ｇセンサ信号ＧＳがＧセンサ信号リミットＧＬより大きく（すなわち車体が大きく傾いた傾斜面に置かれている）、かつ冷却水温度ＴＷが冷却水温度リミットＴＬ以下である場合、運転モードＭＤは４となる。始動指示信号ＫＳが１であり、Ｇセンサ信号ＧＳがＧセンサ信号リミットＧＬ以下であり、かつ冷却水温度ＴＷが冷却水温度リミットＴＬ以下である場合、運転モードＭＤは３となる。始動指示信号ＫＳが１であり、Ｇセンサ信号ＧＳがＧセンサ信号リミットＧＬ以下であり、かつ冷却水温度ＴＷが冷却水温度リミットＴＬより大きい場合、運転モードＭＤは２となる。始動指示信号ＫＳが１となり、冷却水温度ＴＷが冷却水温度リミットＴＬより大きい場合、運転モードＭＤは１となる。
図４Ａは、ＣＰＵ５０ｅが制御値を演算する手順を説明する演算ロジック図である。ＣＰＵ５０ｅが実施する制御プログラムは、制御ブロックとして制御値演算部を備える。運転モードＭＤは制御値演算部に入力され、制御値演算部は運転モードＭＤに応じて、以下の制御値を演算して出力する：目標点火時期ＴＲＧＩＧＮ、目標吸気弁閉時期ＴＲＧＩＶＣ、目標ピストンストロークＴＲＧＰＳ、目標排気弁閉時期ＴＲＧＥＶＣ。
図４Ｂは、制御値演算部が各制御値を演算する際に用いる制御マップを示す選択テーブルである。制御値演算部は、運転モードＭＤの値に対応する後述の制御マップを選択する。各制御マップは、エンジン回転数ＮＥ、目標トルクＴＲＧＴＲＱ、および各制御値の対応関係を定義するデータである。制御値演算部は、運転モードＭＤに対応する制御マップを参照することにより、各制御値を得ることができる。
運転モードＭＤが０であるとき、制御値演算部はいずれのマップも参照しない。運転モードＭＤが１または２であるとき、制御値演算部はそれぞれＢａｓｅＩＧＮ ｍａｐ、ＢａｓｅＩＶＣ ｍａｐ、ＢａｓｅＰＳ ｍａｐ、ＢａｓｅＥＶＣ ｍａｐを参照して、目標点火時期ＴＲＧＩＧＮ、目標吸気弁閉時期ＴＲＧＩＶＣ、目標ピストンストロークＴＲＧＰＳ、目標排気弁閉時期ＴＲＧＥＶＣを得る。運転モードＭＤが３であるとき、制御値演算部はＲｅｔａｒｄ ｍａｐを参照して目標点火時期ＴＲＧＩＧＮを取得し、ｖＣＲＩ ｍａｐを参照して目標吸気弁閉時期ＴＲＧＩＶＣを取得し、ｓＣＲＩ ｍａｐを参照して目標ピストンストロークＴＲＧＰＳを取得し、ＢａｓｅＥＶＣ ｍａｐを参照して目標排気弁閉時期ＴＲＧＥＶＣを取得する。運転モードＭＤが４であるとき、制御値演算部はＲｅｔａｒｄ ｍａｐを参照して目標点火時期ＴＲＧＩＧＮを取得し、ｖＣＲＩ ｍａｐを参照して目標吸気弁閉時期ＴＲＧＩＶＣを取得し、ｓＣＲＩ ｍａｐを参照して目標ピストンストロークＴＲＧＰＳを取得し、ｖＥＲｒ ｍａｐを参照して目標排気弁閉時期ＴＲＧＥＶＣを取得する。
図５は、各制御マップの特性図である。図中左列のグラフは、触媒暖機運転モードを実施すべき要求がないとき用いる制御マップ（Ｂａｓｅ ｍａｐ）の特性図である。図中右列のグラフは、触媒暖機運転モードを実施すべき要求があるとき用いる制御マップの特性図である。各特性図の縦軸は目標トルクＴＲＧＴＲＱであり、横軸はエンジン回転数ＮＥである。目標トルクＴＲＧＴＲＱは、アクセルペダル開度センサ２に基づき得られる要求トルクに応じて設定することができる。エンジン回転数ＮＥは、例えばクランク角センサ１５の検出信号に基づき計算することができる。
ＢａｓｅＩＧＮ ｍａｐにおいては、目標トルクＴＲＧＴＲＱの増加とエンジン回転数ＮＥの低下にともない、上死点に対する目標点火時期ＴＲＧＩＧＮの進角量は減少する。ＢａｓｅＩＶＣ ｍａｐにおいては、目標トルクＴＲＧＴＲＱの増加とエンジン回転数ＮＥの低下にともない、目標吸気弁閉時期ＴＲＧＩＶＣは上死点へ近付く。ＢａｓｅＰＳ ｍａｐにおいては、目標トルクＴＲＧＴＲＱの増加とエンジン回転数ＮＥの低下にともない、目標ピストンストロークＴＲＧＰＳは減少する。ＢａｓｅＥＶＣ ｍａｐにおいては、目標トルクＴＲＧＴＲＱの増加とエンジン回転数ＮＥの低下にともない、目標排気弁閉時期ＴＲＧＥＶＣは上死点に近付く。
上記特性を用いることにより、目標トルクＴＲＧＴＲＱ増加にともなう燃焼室１７内温度の上昇によって燃焼速度が増加し異常燃焼が発生することを回避するとともに、エンジン回転数ＮＥの低下にともないピストンスピードに対し燃焼速度が相対的に速くなることによる異常燃焼を回避することができる。
Ｒｅｔａｒｄ ｍａｐにおいては、目標トルクＴＲＧＴＲＱの増加とエンジン回転数ＮＥの増加にともない、上死点に対する目標点火時期ＴＲＧＩＧＮの遅角量は増加する。ｖＣＲＩ ｍａｐにおいては、目標トルクＴＲＧＴＲＱの増加とエンジン回転数ＮＥの増加にともない、目標吸気弁閉時期ＴＲＧＩＶＣは下死点へ近付く。ｓＣＲＩ ｍａｐにおいては、目標トルクＴＲＧＴＲＱの増加とエンジン回転数ＮＥの増加にともない、目標ピストンストロークＴＲＧＰＳは増加する。ｖＥＲｒ ｍａｐにおいては、目標トルクＴＲＧＴＲＱの増加とエンジン回転数ＮＥの増加にともない、目標排気弁閉時期ＴＲＧＥＶＣは下死点へ近付く。
目標トルクＴＲＧＴＲＱ増加にともなう燃焼室１７内温度の上昇による燃焼速度の増加と、エンジン回転数ＮＥの増加とにともない、エンジンが無用に吹け上がりを起こす可能性がある。上記特性を用いることにより、（ａ）点火時期を遅角させる、（ｂ）吸気弁閉時期を下死点に近づける、（ｃ）ピストンストローク増加により実圧縮比を増加させる、（ｄ）排気弁閉時期を下死点に近づけることにより膨張比を減少させる、ことになるので、かかる無用な吹け上がりを抑制することができる。すなわち、触媒暖機運転モードを実施すべき要求があるときにおいて、点火時期を遅角させることにより排気温度を昇温させるとともに、無用な吹け上がりを抑制しつつ燃焼室１７内温度を上昇させてＰＭ／ＰＮの発生を抑制することができる。
運転モードＭＤが４であるとき、すなわちＧセンサ信号ＧＳに基づき車両が傾斜面に置かれていると判定され、かつ冷却水温度に基づき触媒暖機運転モードを実施すべき要求があると判定された場合、図５右列の制御マップを用いることにより、目標点火時期ＴＲＧＩＧＮを遅角し、目標吸気弁閉時期ＴＲＧＩＶＣと目標ピストンストロークＴＲＧＰＳを実圧縮比が増加する方向へ制御し、目標排気弁閉時期ＴＲＧＥＶＣを上死点から遠ざかる方向へ制御することになる。
運転モードＭＤが３であるとき、すなわちＧセンサ信号ＧＳに基づき車両が傾斜面に置かれておらず、かつ冷却水温度に基づき触媒暖機運転モードを実施すべき要求があると判定された場合、図５左列の制御マップを用いることにより、目標点火時期ＴＲＧＩＧＮを遅角し、目標吸気弁閉時期ＴＲＧＩＶＣと目標ピストンストロークＴＲＧＰＳを実圧縮比が増加する方向へ制御することになる。
運転モードＭＤが１または２であるとき、すなわち冷却水温度に基づき触媒暖機運転モードを実施すべき要求がないと判定された場合、Ｂａｓｅ ｍａｐを用いて各制御値を演算することになる。
図６は、各目標値を変更することにともなう実圧縮比と膨張比の変化特性図である。上段図は、目標吸気弁閉時期ＴＲＧＩＶＣを変更することにともなう実圧縮比ＲＣＲの変化を示す特性図である。目標吸気弁閉時期ＴＲＧＩＶＣが下死点に近付くほど実圧縮比ＲＣＲは増大する。中段図は、目標ピストンストロークＴＲＧＰＳを変更することにともなう実圧縮比ＲＣＲの変化を示す特性図である。目標ピストンストロークＴＲＧＰＳが増加するほど実圧縮比ＲＣＲは増大する。下段図は、目標排気弁閉時期ＴＲＧＥＶＣを変更することにともなう膨張比ＲＥＲの変化を示す特性図である。排気弁が開いている期間（以下、作用角）が１８０度である場合は、目標排気弁閉時期ＴＲＧＥＶＣが上死点において膨張比は最大となる。作用角が２２０度である場合は、最大膨張比を得る目標排気弁閉時期ＴＲＧＥＶＣは上死点より遅角する。
本発明に係るエンジン制御装置を備える自動車は、路面に対する当該車両の傾斜角を判定する手段（Ｇセンサ３２）を有する。傾斜角が所定以上と判定された場合、触媒暖機運転モードにおいて点火時期を上死点に対して遅角させる量を増やすことにともない、可変動弁１２の吸気弁閉時期を下死点に近付けることが望ましい。さらには、作用角を一定とした状況下において膨張比が低下するように排気弁閉時期を上死点から遠ざけることが望ましい。膨張比の低下は排気温度を上昇させるので、触媒をより活性化させることができる。さらに、点火時期の遅角量の増加に合わせ可変動弁１２の吸気弁閉時期を下死点に近付けることにより、実圧縮比ＲＣＲを増加させつつ燃焼室１７内の残留ガスの掃気性を同時に改善し、エンジン１００の発生する負圧を増加させることができる。すなわち、ブレーキシステムがエンジン負圧を用いる構成において、傾斜角が大きくブレーキシステムがより大きなエンジン負圧を要求する際に、ブレーキシステムの動作を効果的に補助することができる。
図７は、ＣＰＵ５０ｅが実施する制御演算を説明するフローチャートである。ＣＰＵ５０ｅは、図３Ａ〜図４Ｂで説明した制御演算を例えば所定周期で繰り返し実行する。以下図７の各ステップについて説明する。
（図７：ステップＳ１０１〜Ｓ１０２）
ＣＰＵ５０ｅは、始動指示信号ＫＳ、Ｇセンサ信号ＧＳ、冷却水温度ＴＷなどの信号を受け取り、ＲＯＭ５０ｄに書き込まれた値を読み込む（Ｓ１０１）。ＣＰＵ５０ｅは、これら信号などにしたがって運転モードＭＤを演算する（Ｓ１０２）。これらステップは、図３Ａ〜図３Ｂで説明した演算ブロックに相当する。
ＣＰＵ５０ｅは、始動指示信号ＫＳ、Ｇセンサ信号ＧＳ、冷却水温度ＴＷなどの信号を受け取り、ＲＯＭ５０ｄに書き込まれた値を読み込む（Ｓ１０１）。ＣＰＵ５０ｅは、これら信号などにしたがって運転モードＭＤを演算する（Ｓ１０２）。これらステップは、図３Ａ〜図３Ｂで説明した演算ブロックに相当する。
（図７：ステップＳ１０３）
ＣＰＵ５０ｅは、アクセルペダル開度センサ信号ＡＰＳ、エンジン回転数ＮＥ、クランク角センサ信号、などを読み込む。ＣＰＵ５０ｅは、アクセルペダル開度センサ信号ＡＰＳに基づき目標トルクＴＲＧＴＲＱを演算する。
ＣＰＵ５０ｅは、アクセルペダル開度センサ信号ＡＰＳ、エンジン回転数ＮＥ、クランク角センサ信号、などを読み込む。ＣＰＵ５０ｅは、アクセルペダル開度センサ信号ＡＰＳに基づき目標トルクＴＲＧＴＲＱを演算する。
（図７：ステップＳ１０４）
ＣＰＵ５０ｅは、ステップＳ１０２において演算した運転モードＭＤが０であるか否かを判定する。０である場合は本フローチャートを終了し、０でない場合はステップＳ１０５へ進む。
ＣＰＵ５０ｅは、ステップＳ１０２において演算した運転モードＭＤが０であるか否かを判定する。０である場合は本フローチャートを終了し、０でない場合はステップＳ１０５へ進む。
（図７：ステップＳ１０５）
ＣＰＵ５０ｅは、運転モードＭＤが４であるか否かを判定する。４である場合はステップＳ１０６へ進み、４でない場合はステップＳ１１０へ進む。
ＣＰＵ５０ｅは、運転モードＭＤが４であるか否かを判定する。４である場合はステップＳ１０６へ進み、４でない場合はステップＳ１１０へ進む。
（図７：ステップＳ１０６〜Ｓ１０９）
ＣＰＵ５０ｅは、ステップＳ１０３で読み込んだ目標トルクＴＲＧＴＲＱとエンジン回転数ＮＥをキーとして、図５で説明したＲｅｔａｒｄ ｍａｐ（Ｓ１０６）、ｖＣＲＩ ｍａｐ（Ｓ１０７）、ｓＣＲＩ ｍａｐ（Ｓ１０８）、ｖＥＲｒ ｍａｐ（Ｓ１０９）を参照し、各制御値を取得する。制御値を取得した後はステップＳ１２１へ進む。
ＣＰＵ５０ｅは、ステップＳ１０３で読み込んだ目標トルクＴＲＧＴＲＱとエンジン回転数ＮＥをキーとして、図５で説明したＲｅｔａｒｄ ｍａｐ（Ｓ１０６）、ｖＣＲＩ ｍａｐ（Ｓ１０７）、ｓＣＲＩ ｍａｐ（Ｓ１０８）、ｖＥＲｒ ｍａｐ（Ｓ１０９）を参照し、各制御値を取得する。制御値を取得した後はステップＳ１２１へ進む。
（図７：ステップＳ１１０）
ＣＰＵ５０ｅは、運転モードＭＤが３であるか否かを判定する。３である場合はステップＳ１１１へ進み、３でない場合はステップＳ１１５へ進む。
ＣＰＵ５０ｅは、運転モードＭＤが３であるか否かを判定する。３である場合はステップＳ１１１へ進み、３でない場合はステップＳ１１５へ進む。
（図７：ステップＳ１１１〜Ｓ１１４）
ＣＰＵ５０ｅは、ステップＳ１０３で読み込んだ目標トルクＴＲＧＴＲＱとエンジン回転数ＮＥをキーとして、図５で説明したＲｅｔａｒｄ ｍａｐ（Ｓ１１１）、ｖＣＲＩ ｍａｐ（Ｓ１１２）、ｓＣＲＩ ｍａｐ（Ｓ１１３）、ＢａｓｅＥＶＣ ｍａｐ（Ｓ１１４）を参照し、各制御値を取得する。制御値を取得した後はステップＳ１２１へ進む。
ＣＰＵ５０ｅは、ステップＳ１０３で読み込んだ目標トルクＴＲＧＴＲＱとエンジン回転数ＮＥをキーとして、図５で説明したＲｅｔａｒｄ ｍａｐ（Ｓ１１１）、ｖＣＲＩ ｍａｐ（Ｓ１１２）、ｓＣＲＩ ｍａｐ（Ｓ１１３）、ＢａｓｅＥＶＣ ｍａｐ（Ｓ１１４）を参照し、各制御値を取得する。制御値を取得した後はステップＳ１２１へ進む。
（図７：ステップＳ１１５）
ＣＰＵ５０ｅは、運転モードＭＤが２であるか否かを判定する。２である場合はステップＳ１１６へ進み、２でない場合はステップＳ１２０へ進む。
ＣＰＵ５０ｅは、運転モードＭＤが２であるか否かを判定する。２である場合はステップＳ１１６へ進み、２でない場合はステップＳ１２０へ進む。
（図７：ステップＳ１１６〜Ｓ１１９）
ＣＰＵ５０ｅは、ステップＳ１０３で読み込んだ目標トルクＴＲＧＴＲＱとエンジン回転数ＮＥをキーとして、図５で説明したＢａｓｅＩＧＮ ｍａｐ（Ｓ１１６）、ＢａｓｅＩＶＣ ｍａｐ（Ｓ１１７）、ＢａｓｅＰＳ ｍａｐ（Ｓ１１８）、ＢａｓｅＥＶＣ ｍａｐ（Ｓ１１９）を参照し、各制御値を取得する。制御値を取得した後はステップＳ１２１へ進む。
ＣＰＵ５０ｅは、ステップＳ１０３で読み込んだ目標トルクＴＲＧＴＲＱとエンジン回転数ＮＥをキーとして、図５で説明したＢａｓｅＩＧＮ ｍａｐ（Ｓ１１６）、ＢａｓｅＩＶＣ ｍａｐ（Ｓ１１７）、ＢａｓｅＰＳ ｍａｐ（Ｓ１１８）、ＢａｓｅＥＶＣ ｍａｐ（Ｓ１１９）を参照し、各制御値を取得する。制御値を取得した後はステップＳ１２１へ進む。
（図７：ステップＳ１２０）
ＣＰＵ５０ｅは、運転モードが１であるか否かを判定する。１である場合はステップＳ１１６へ進み、１でない場合は本フローチャートを終了する。
ＣＰＵ５０ｅは、運転モードが１であるか否かを判定する。１である場合はステップＳ１１６へ進み、１でない場合は本フローチャートを終了する。
（図７：ステップＳ１２１〜Ｓ１２３）
ＣＰＵ５０ｅは、以上のステップにおいて取得した制御値を用いて、点火時期制御（Ｓ１２１）、可変動弁制御（Ｓ１２２）、ピストンストローク制御（Ｓ１２３）を実施する。
ＣＰＵ５０ｅは、以上のステップにおいて取得した制御値を用いて、点火時期制御（Ｓ１２１）、可変動弁制御（Ｓ１２２）、ピストンストローク制御（Ｓ１２３）を実施する。
（図７：ステップＳ１０４〜Ｓ１２３：補足）
これらステップは、図４Ａ〜図４Ｂで説明した演算ブロックに相当する。
これらステップは、図４Ａ〜図４Ｂで説明した演算ブロックに相当する。
以下では、図７で説明したフローチャートにしたがって取得した目標点火時期ＴＲＧＩＧＮ、目標吸気弁閉時期ＴＲＧＩＶＣ、目標ピストンストロークＴＲＧＰＳ、目標排気弁閉時期ＴＲＧＥＶＣを用いて、それぞれ点火時期ＩＧＮ、吸気弁閉時期ＩＶＣ、ピストンストロークＰＳ、排気弁閉時期ＥＶＣを制御する動作例について説明する。
図８は、運転モードＭＤ＝４である場合における各信号値の経時変化を示すタイムチャートである。点火時期ＩＧＮの初期設定値は、上死点よりも進角側である。運転モードＭＤが４になると、点火時期ＩＧＮは上死点に対する遅角量が増加し、吸気弁閉時期ＩＶＣは下死点へと近付き、ピストンストロークＰＳは増加する。これにより、点火時期ＩＧＮの遅角量の増加にともなう燃焼室１７内温度の低下を実圧縮比の増加により改善することができる。すなわち、排気温度を上昇させて触媒を活性化させるとともにＰＭ／ＰＮを低減することができる。さらに排気弁閉時期ＥＶＣを上死点から遠ざけることにより、膨張比を低減させ燃焼室１７内残留ガスの掃気性を改善し、エンジンの発生する負圧を増加させることができる。図８において排気弁閉時期ＥＶＣは上死点から進角方向へ遠ざけているがその限りではなく、上死点から遅角側へ遠ざけてもよい。
図９は、運転モードＭＤ＝３である場合における各信号値の経時変化を示すタイムチャートである。点火時期ＩＧＮの初期設定値は、上死点よりも進角側である。運転モードＭＤが３になると、点火時期ＩＧＮは上死点に対する遅角量が増加し、吸気弁閉時期ＩＶＣは下死点へと近付き、ピストンストロークＰＳは増加する。これにより、点火時期ＩＧＮの遅角量の増加にともなう燃焼室１７内温度の低下を実圧縮比の増加により改善し、排気温度を上昇させて触媒を活性化させるとともにＰＭ／ＰＮを低減することができる。さらに排気弁閉時期ＥＶＣはＢａｓｅＥＶＣ ｍａｐに基づき上死点へ近付けているので、膨張比の増加によりエンジンの熱効率を向上させることができる。
図１０は、運転モードＭＤ＝２である場合における各信号値の経時変化を示すタイムチャートである。運転モードＭＤ＝１である場合も同様であるため説明は省略する。図１０においては、Ｇセンサ信号ＧＳがＧセンサ信号リミットＧＬ以下であり、かつ冷却水温度ＴＷが冷却水温度リミットＴＬより高いため、運転モードＭＤは２となる。点火時期ＩＧＮは、ＢａｓｅＩＧＮ ｍａｐに基づき初期設定値から上死点に対し進角量が増加する方向へ変化する。吸気弁閉時期ＩＶＣは、ＢａｓｅＩＶＣ ｍａｐに基づき下死点へ近付く。ピストンストロークＰＳは、ＢａｓｅＰＳ ｍａｐに基づき増加する。これにより、点火時期ＩＧＮの進角量の増加にともなう燃焼室１７内温度の上昇と実圧縮比の増加を同時に実施し、エンジン１００の熱効率を改善できる。さらに、ＥＧＲ弁２６を用いたＥＧＲ燃焼、空燃比センサ２５を用いたリーン燃焼時の燃焼速度の向上効果および燃焼安定化効果を得られるので、熱効率がさらに改善する。排気弁閉時期ＥＶＣは、ＢａｓｅＥＶＣ ｍａｐに基づき上死点へ近付くので、膨張比の増加によるエンジンの熱効率向上を得ることができる。
＜本発明の変形例について＞
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
以上の実施形態において、各センサなどの機器および配置位置は１例であり、同様の機能を発揮することができればその他機器や配置位置を採用することもできる。
以上の実施形態において、ＥＣＵ１が入出力する信号を例示したが、エンジン１００が備えるセンサその他機器の構成などに応じて、ＥＣＵ１はその他信号を入出力することもできる。
以上の実施形態において、運転モードＭＤの値に応じて異なる制御マップを選択することを説明したが、運転モードＭＤに対応する制御値が得られるのであればその他手段を用いてもよい。例えば運転モードＭＤの値に応じて制御モデルを変更することによって同様の効果を発揮することができる。
以上の実施形態において、ピストン１３のストロークと可変動弁１２の開閉タイミングを制御することにより実圧縮比ＲＣＲを制御することを説明したが、これらのいずれか一方のみを用いて実圧縮比ＲＣＲを十分に制御できるのであれば、一方のみを用いて上記実施形態と同様の効果を発揮することができる。
上記各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部や全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に格納することができる。
＜本発明のまとめ＞
本発明に係るエンジン１００は、可変動弁１２、およびピストン１３のストロークを可変とせしめる機構（クランクシャフト１４、コントロールシャフト３１など）を備える。本発明に係るＥＣＵ１は、触媒暖機運転モードを実施する際に、点火時期ＩＧＮと実圧縮比ＲＣＲを同調させて制御する。点火時期ＩＧＮを制御することにより排気温度を制御して触媒活性化を促進するとともに、実圧縮比ＲＣＲを制御することにより燃焼室１７内温度を制御してＰＭ／ＰＮを抑制することができる。
本発明に係るエンジン１００は、可変動弁１２、およびピストン１３のストロークを可変とせしめる機構（クランクシャフト１４、コントロールシャフト３１など）を備える。本発明に係るＥＣＵ１は、触媒暖機運転モードを実施する際に、点火時期ＩＧＮと実圧縮比ＲＣＲを同調させて制御する。点火時期ＩＧＮを制御することにより排気温度を制御して触媒活性化を促進するとともに、実圧縮比ＲＣＲを制御することにより燃焼室１７内温度を制御してＰＭ／ＰＮを抑制することができる。
本発明に係るＥＣＵ１は、触媒暖機運転モードを実施する際に、点火時期ＩＧＮの上死点に対する遅角量を増加させることにともなって、実圧縮比ＲＣＲを増加させる。これにより、点火時期ＩＧＮを遅角させて触媒を昇温させつつ、燃焼室１７内温度が低下することを抑制できる。
本発明に係るＥＣＵ１は、可変動弁１２の開閉時期を可変制御することにより実圧縮比ＲＣＲを制御し、またはピストン１３のストロークを可変制御することにより実圧縮比ＲＣＲを制御する。これにより、実圧縮比ＲＣＲを制御する手段を２以上設けることができる。
本発明に係るＥＣＵ１は、可変動弁１２の吸気弁閉時期を下死点へ近付けることにより実圧縮比ＲＣＲを制御し、またはピストン１３のストロークを増加させることにより実圧縮比ＲＣＲを制御する。これにより、燃焼室１７内温度を上昇させてＰＭ／ＰＮを低減することができる。
本発明に係るＥＣＵ１は、エンジン１００の停止時における実圧縮比、またはエンジン１００の完爆時における実圧縮比と比較して、触媒暖機運転モードを実施する際における実圧縮比ＲＣＲを増加させる。これにより、エンジン１００の停止から完爆までの期間において、無用な可変動弁制御とピストンストローク制御をする必要がなくなる。したがって、これら制御のためアクチュエータを動かすのに必要なエネルギを節約できる。
本発明に係るＥＣＵ１は、触媒暖機運転モードが完了した後、またはエンジン１００の温度が所定以上である場合（図３Ｂの例におけるＴＷ＞ＴＬ）は、点火時期ＩＧＮの上死点に対する進角量の増加に応じて実圧縮比ＲＣＲを増加させる。これにより、燃焼室１７内温度を上昇させてエンジン１００の熱効率を増加させ燃費を改善できる。
本発明に係るエンジン１００を搭載する自動車は、路面に対する当該自動車の傾斜角を計測するＧセンサ３２を備える。ＥＣＵ１は、当該自動車の傾斜角が所定以上である場合は、触媒暖機運転モードを実施する際に、点火時期ＩＧＮの上死点に対する遅角量を増加させることにともなって、可変動弁１２の吸気弁閉時期を下死点に近付けるとともに、可変動弁１２の排気弁閉時期を上死点から遠ざける。これにより、自動車の傾斜角が大きくブレーキシステムに対する負圧要求が大きいとき、排気弁閉時期を上死点から遠ざけて燃焼室１７内の残留ガスの掃気性を改善し、エンジン１００の発生する負圧を増加させることができる。したがって、触媒暖機運転モードによる触媒昇温とＰＭ／ＰＮ抑制を図るとともに、ブレーキシステムが用いる負圧を確保することができる。
１：ＥＣＵ
２：アクセルペダル開度センサ
３：エアフロセンサ
４：吸気温湿度センサ
５：スロットル
６：タンブル弁
７：インジェクタ
８：燃料ポンプ
９：コモンレール
１０：燃料配管
１１：吸気管
１２：可変動弁
１３：ピストン
１４：クランクシャフト
１５：クランク角センサ
１６：ノックセンサ
１７：燃焼室
１８：冷却水温センサ
１９：点火プラグ
２０：点火コイル
２１：圧力センサ（またはイオン電流センサ）
２２：排気管
２３：三元触媒
２４：排気温センサ
２５：空燃比センサ
２６：ＥＧＲ弁
２７：ＥＧＲクーラ
２８：排気還流管
２９：冷却水ポンプ
３０：冷却水流路切替弁
３１：コントロールシャフト
３２：Ｇセンサ
１００：エンジン
２：アクセルペダル開度センサ
３：エアフロセンサ
４：吸気温湿度センサ
５：スロットル
６：タンブル弁
７：インジェクタ
８：燃料ポンプ
９：コモンレール
１０：燃料配管
１１：吸気管
１２：可変動弁
１３：ピストン
１４：クランクシャフト
１５：クランク角センサ
１６：ノックセンサ
１７：燃焼室
１８：冷却水温センサ
１９：点火プラグ
２０：点火コイル
２１：圧力センサ（またはイオン電流センサ）
２２：排気管
２３：三元触媒
２４：排気温センサ
２５：空燃比センサ
２６：ＥＧＲ弁
２７：ＥＧＲクーラ
２８：排気還流管
２９：冷却水ポンプ
３０：冷却水流路切替弁
３１：コントロールシャフト
３２：Ｇセンサ
１００：エンジン
Claims (7)
- 可変動弁を備え、またはピストンストロークを可変とせしめる機構を備えるエンジンを制御するエンジン制御装置であって、
前記エンジン制御装置は、前記エンジンの排気を浄化する触媒を活性化させる触媒暖機運転モードを実施し、
前記エンジン制御装置は、前記触媒暖機運転モードを実施する際における前記エンジンの点火時期と前記エンジンの実圧縮比を同調させて制御し、
前記エンジン制御装置は、前記触媒暖機運転モードを完了した後、または前記エンジンの温度が所定以上である場合は、前記点火時期を前記エンジンの上死点に対して進角させる量が増加するのにともない、前記実圧縮比を増加させる
ことを特徴とするエンジン制御装置。 - 可変動弁を備え、またはピストンストロークを可変とせしめる機構を備えるエンジンを制御するエンジン制御装置であって、
前記エンジン制御装置は、前記エンジンの排気を浄化する触媒を活性化させる触媒暖機運転モードを実施し、
前記エンジン制御装置は、前記触媒暖機運転モードを実施する際における前記エンジンの点火時期と前記エンジンの実圧縮比を同調させて制御し、
前記エンジン制御装置は、前記エンジンを搭載する自動車の路面に対する傾斜角を計測するセンサから前記傾斜角を取得し、
前記エンジン制御装置は、前記傾斜角が所定以上である場合は、前記触媒暖機運転モードを実施している際に、前記点火時期が前記エンジンの上死点に対して遅角する量を増加させ、前記可変動弁の吸気弁閉時期を前記エンジンの下死点に近付け、前記可変動弁の排気弁閉時期を前記エンジンの上死点から遠ざける
ことを特徴とするエンジン制御装置。 - 前記エンジン制御装置は、前記触媒暖機運転モードを実施する際に、前記点火時期を前記エンジンの上死点に対して遅角させる量を増加させるとともに、前記実圧縮比を増加させる
ことを特徴とする請求項１または２記載のエンジン制御装置。 - 前記エンジン制御装置は、前記可変動弁の開閉時期を可変制御することにより前記実圧縮比を制御し、または前記ピストンストロークを可変制御することにより前記実圧縮比を制御する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のエンジン制御装置。 - 前記エンジン制御装置は、前記可変動弁の吸気弁閉時期を前記エンジンの下死点へ近付けることにより前記実圧縮比を制御し、または前記ピストンストロークを増加させることにより前記実圧縮比を制御する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載のエンジン制御装置。 - 前記エンジン制御装置は、前記エンジンの停止時における実圧縮比または前記エンジンの完爆時における実圧縮比と比較して、前記触媒暖機運転モードを実施する際における前記実圧縮比を増加させる
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載のエンジン制御装置。 - 前記エンジン制御装置は、前記エンジンを搭載する自動車の路面に対する傾斜角を計測するセンサから前記傾斜角を取得し、
前記エンジン制御装置は、前記傾斜角が所定以上である場合は、前記触媒暖機運転モードを実施している際に、前記点火時期が前記エンジンの上死点に対して遅角する量を増加させ、前記可変動弁の吸気弁閉時期を前記エンジンの下死点に近付け、前記可変動弁の排気弁閉時期を前記エンジンの上死点から遠ざける
ことを特徴とする請求項１記載のエンジン制御装置。
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