JP6596111B2 - 制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は内燃機関の制御技術に関する。
内燃機関の燃料噴射量を制御する方法として、排気通路に酸素センサを設け、酸素センサの検知結果をフィードバックして目標とする空燃比が維持されるように燃料噴射量を設定する技術が知られている。特許文献1には、酸素センサの検知結果に基づいて燃料噴射量を制御するにあたり、正常時にはあり得ない空燃比が検知された場合に、吸気系に異常が生じていると診断する技術が開示されている。
特開平10−121991号公報
内燃機関の出力は法規制等の理由により、その出力が制限される場合がある。例えば、欧州の二輪車免許には内燃機関の出力が35kW以下に制限される種類の免許がある。このような規制に対応した車種においては出力制限を満たすように車両が設計されるが、所有者が購入後に制限出力を超過可能なように改造してしまう場合がある。例えば、吸気量が増大するようなエアファンネルに部品を交換する場合である。
こうした改造がなされても制限出力が超過されないように燃料の制御系が設計されるべきである。しかし、酸素センサの検知結果をフィードバックして燃料噴射量を制御可能な領域においては目標とする空燃比が維持されるため、特許文献1のように空燃比の異常に着目した診断方式では改造の有無を判定することは困難である。
本発明の目的は、吸気系の改造に対して内燃機関の出力制限を実現することにある。
本発明によれば、
内燃機関の燃料噴射量を制御する制御手段と、
前記内燃機関の排気通路に設けられた酸素センサと、
を備えた制御装置であって、
前記制御手段は、前記内燃機関の運転状態に基づく基本値を前記酸素センサの検知結果に基づいて補正することで、所定の空燃比に維持されるように前記燃料噴射量を制御可能であり、
前記制御手段は、前記酸素センサの検知結果に基づく補正の増量分が前記基本値に対して所定の割合以上となった場合に、前記内燃機関の出力を制限し、
前記制御手段は、第一の運転領域では前記基本値を前記酸素センサの検知結果に基づいて補正し、第二の運転領域では前記基本値を前記酸素センサの検知結果に基づいて補正せず、
前記第二の運転領域において前記制御手段は、前記酸素センサの検知結果が、理論空燃比よりもリーン側の予め定めた空燃比以上の空燃比に相当する値を示す場合に、前記内燃機関の出力を制限する、
ことを特徴とする制御装置が提供される。
また、本発明によれば、
内燃機関の燃料噴射量を制御する制御手段と、
前記内燃機関の排気通路に設けられた酸素センサと、
を備えた制御装置であって、
前記制御手段は、前記内燃機関の運転状態に基づく基本値を前記酸素センサの検知結果に基づいて補正することで、所定の空燃比に維持されるように前記燃料噴射量を制御可能であり、
前記制御手段は、前記酸素センサの検知結果に基づく補正の増量分が前記基本値に対して所定の割合以上となった場合に、前記内燃機関の出力を制限し、
前記制御手段は、前記内燃機関の運転領域が所定の運転領域外に遷移したことを条件として前記内燃機関の出力の制限を解除する、
ことを特徴とする制御装置が提供される。
本発明によれば、吸気系の改造に対して内燃機関の出力制限を実現することができる。
本発明の制御装置の適用例としての車両の側面図。 本発明の一実施形態に係る制御装置のブロック図。 (A)は運転領域の説明図、(B)及び(C)は吸気系の改造を判定する閾値の説明図。 (A)及び(B)は図2の制御装置の処理例を示すフローチャート。
<構成>
図1は本発明の制御装置を適用可能な車両の例を示し、特に、鞍乗型の車両100の側面図(右側面図)を示す。本実施形態の車両100は、前輪FWと後輪RWとを備えた自動二輪車を例示するが、本発明は他の形式の鞍乗型車両にも適用可能である。
車両100は、その骨格をなす車体フレーム101を備え、車体フレーム101の前端には前輪操向部102が支持され、後端にはスイングアーム103が揺動自在に支持されている。前輪操向部102は、前輪FWを支持する左右一対のフロントフォーク102aと、一対のフロントフォーク102aの上部に取り付けられる操向ハンドル102bとを含む。スイングアーム103は、その前端が車体フレーム101に揺動自在に支持され、その後端には後輪RWが支持されている。
前輪Fと後輪RWとの間の領域において、車体フレーム101には内燃機関106と変速機107とが支持されている。内燃機関106は、クランクケース、シリンダブロック及びシリンダヘッドからなる本体110と、吸気通路111、排気通路112とを含む。本実施形態の場合、内燃機関106は直列四気筒の4サイクルエンジンである。内燃機関106の出力は変速機107及び不図示のチェーン伝動機構を介して後輪RWに伝達される。
内燃機関106の上方には燃料タンク105が配置されており、燃料タンク105の後方にはライダが着座するシート104が配置されている。燃料タンク105の内側には、外気が導入されるエアクリーナボックス10が配置されている。エアクリーナボックス10の内部空間には、外気の導入ダクトに接続されたエアクリーナ108と、吸気通路111を構成するエアファンネル111aが配置されており、エアクリーナ108で濾過された空気がエアファンネル111aを介して本体10へ導入可能に構成されている。
図1に加えて図2を参照して内燃機関106の吸排気系の構成並びに本発明の一実施形態に係る制御装置1について説明する。
吸気通路111は、気筒毎に設けられた、エアファンネル111a、スロットル弁111b及び吸気管111cを含み、吸気管111cは本体110の吸気ポートに接続されている。燃料噴射弁(インジェクタ)3は、気筒毎に設けられ、吸気ポートに燃料を噴射する。排気通路112は、排気ポートに接続される気筒毎の排気管112aと、これら排気管112aを合流させた集合部112bと、三元触媒112cと、消音器112dとを含む。
制御装置1は、内燃機関106を制御する装置であり、制御ユニット(ECU)2を含む。制御ユニット2は、処理部21と、RAM、ROM等の記憶部22と、外部デバイスと処理部21との信号の送受信を中継するインタフェース部23と、を含む。処理部21は、CPUに代表されるプロセッサであり、記憶部22に記憶されたプログラムを実行し、内燃機関106の駆動を制御する。記憶部22には、処理部21が実行するプログラムの他、各種のデータが格納される。インタフェース部23には、各種のセンサ5〜12の検知結果が不図示の信号処理回路を介して入力され、処理部21は入力された検知結果に基づいて不図示の駆動回路を介して気筒毎の燃料噴射弁3及び点火装置4を制御する。
クランク角度センサ5は、内燃機関106のクランク軸(図示せず)の回転角度を検知し、クランク軸の回転角度に応じた信号を制御ユニット2に供給する。クランク角度センサ5は、気筒判別センサ、TDCセンサ及びCRKセンサを含む。気筒判別センサは内燃機関106の特定の気筒に関し、所定のクランク角度でパルス信号(CYL信号という。)を出力する。TDCセンサは、各気筒の吸入行程開始時の上死点(TDC)に関し所定クランク角度前のクランク角度で(4気筒エンジンではクランク角180度毎に)パルス信号(TDC信号という。)を出力する。CRKセンサは、TDC信号より短い一定クランク角周期(例えば30度周期)でパルス信号(CRK信号という。)を出力する。これらの信号は、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御、及び、内燃機関106の回転数NEの検知に使用される。
酸素センサ7は排気通路112に設けられており、排気ガスの酸素濃度を検知する。本実施形態の場合、酸素センサ7は三元触媒112cよりも上流側において集合部112bに設けられており、排気管112a毎に設ける構成よりもセンサ数を削減できる。三元触媒112cは排気ガス中のHC、CO、NOx等の成分の浄化を行い、消音器112dは排気音を抑制する。
開度センサ6は、連動して開閉する4つのスロットル弁111bの開度を検知する。水温センサ8は内燃機関106の冷却水温度を検知する。大気圧センサ9は大気圧を検知する。車速センサ10は車両100の走行速度を検知する。吸気圧センサ11はスロットル弁111bの直ぐ下流において吸気圧を検知する吸気管内絶対圧センサである。吸気温センサ12は、吸気圧センサ11の下流側において吸気温を検知する。
<燃料噴射量の制御>
燃料噴射弁3の燃料噴射量の制御例について説明する。制御ユニット2は、上述の各種センサ5〜12の検知結果に基づいて内燃機関106の駆動を制御する。空燃比を所定の空燃比に維持する場合、酸素センサ7の検知結果をフィードバックして燃料噴射量を制御する。
一例として、燃料噴射量を噴射時間で制御する方式では、以下の演算式に基づき、TDC信号に同期して開弁作動する燃料噴射弁3による燃料噴射時間TOUTを演算する。
TOUT=TIM×KO2×K1+K2
ここに、TIMは内燃機関106の運転状態に基づく基本値(燃料噴射弁6の基本燃料噴射時間)であり、クランク角度センサ5の検知結果に基づく内燃機関106の回転数NE及び吸気圧センサ11の検知結果に基づく吸気管内絶対圧に応じて設定されたTIマップを検索して決定される。TIマップは、マップ上の回転数NE及び吸気管内絶対圧に対応する運転状態において、内燃機関106に供給される混合気の空燃比がほぼ理論空燃比(通常はややリッチ)になるように設定されており、記憶部22に格納されている。
KO2は、TIマップから導出された基本値を、酸素センサ7により導かれる実際の空燃比の推定結果により補正するための補正係数である。KO2は酸素センサ7の検知結果から演算される値であり、空燃比が所定の空燃比となるよう設定される。所定の空燃比とは設計上、設定される空燃比であり、通常は理論空燃比よりもややリッチな空燃比とされる。以下、設定空比と呼ぶ。
KO2は始動直後のように、酸素センサ7の検知結果に応じた空燃比フィードバック制御を実行しない運転状態では、1.0(無補正値)に設定される。KO2は、酸素センサ7の検知結果に基づく酸素濃度が濃い場合(混合気がリーンな場合)は1.0よりも大きな値をとり、薄い場合(混合気がリッチな場合)は相対的に小さな値をとる。K1及びK2は夫々他の補正係数および補正変数であり、内燃機関106の運転状態に応じた燃費特性、内燃機関106の加速特性等の諸特性の最適化が図れるような所定値に決定される。
<制限出力の超過対策>
エアファンネル111aをその車種の非適合品に交換することで吸入空気量を増大させ、設計上想定されている制限出力を超過させて内燃機関106を駆動させることができる場合がある。例えば、上述した免許制度における35kWの制限を超過させることができる場合である。その対策方法の例について説明する。以下の例では、内燃機関106のクランク軸出力で35kWを制限出力とし、これを超過する出力の発生を防止する場合を想定している。
図3(A)は内燃機関106の運転領域を説明する図である。同図の例は、運転領域が、スロットル弁111bの開度(縦軸)と内燃機関106の回転数NE(横軸)とにより規定されている。同図の例では補正領域R1と、非補正領域R2とが図示されている。
補正領域R1は酸素センサ7の検知結果をフィードバックして上記の式により燃料噴射時間TOUTを演算する領域であり、空燃比が設定空燃比に維持されるように燃料噴射量が制御される運転領域である。補正領域R1は、スロットル開度が閾値P1以上閾値P2未満で、かつ、内燃機関106の回転数NEが閾値P3以上の領域である。
非補正領域R2は酸素センサ7の検知結果をフィードバックしない領域であり、KO2は無補正値(1.0)とされて燃料噴射時間TOUTが演算される。非補正領域R2は、スロットル開度が閾値P2以上で、かつ、内燃機関106の回転数NEが閾値P3以上の領域である。つまり、非補正領域R2は補正領域R1よりもスロットル開度が開いている領域であり、全開近傍の領域である。なお、非補正領域R2も補正領域とする構成も採用可能である。
領域R3は、エアファンネル111aを非適合品に交換して吸入空気量を増大させた場合に、内燃機関106の出力が35kWを超過する場合が生じ得る領域を示している。本実施形態の場合、領域R3は、補正領域R1及び非補正領域R2のいずれとも重なっている。つまり、補正領域R1、非補正領域R2のいずれにおいても、制限出力を超過する場合があり、その対策が必要である。
エアファンネル111aを社外品に交換して吸入空気量を増大させた場合、空燃比はリーン傾向となる。補正領域R1では、酸素センサ7の検知結果をフィードバックして空燃比が設定空燃比に維持されるため、空燃比に基づいて社外品に交換されているか否かを判別することは困難である。しかし、補正係数KO2に着目することで判別することが可能となる。
補正係数KO2が無補正値(1.0)よりも大きい場合、排気ガス中の酸素濃度が高く、燃料噴射量が増量されていることを意味する。図3()は、エアファンネル111aが正規品である場合の補正係数KO2の変動例を線L1で示している。同図に示すように、補正係数KO2は1.0よりも僅かに低い値(0.9程度)で推移する。エアファンネル111aが社外品に交換されている場合、回転数NEの増大により、補正係数KO2も増大して無補正値を超過する。閾値P4を、通常では取り得ない補正係数KO2の値として設定し、補正係数KO2がこの閾値P4以上の場合に、エアファンネル111aが社外品に交換されていると判別することができる。閾値P4は例えば、1.2とすることができる。これは基本値に対する補正係数KO2による燃料噴射量の増量分が20%であることを意味しており、通常ではこれほど増量されることはない値である。
非補正領域R2では、空燃比を設定空燃比に維持しようとするフィードバック制御は働かないため、酸素センサ7の検知結果が実際の空燃比と相関をもつ。したがって、酸素センサ7の検知結果から、エアファンネル111aが社外品に交換されているか否かを判別することができる。
図3(C)は酸素センサ7の検知結果VO2と、内燃機関106の回転数NEとの関係を例示している。線L2はエアファンネル111aが正規品である場合の検知結果VO2の変動例を示しており、概ね一定の値で推移する。線L3はエアファンネル111aが社外品である場合の検知結果VO2の変動例を示しており、回転数NEがある回転数を超えるとリーン側に大きく変動している。閾値P5を、通常では取り得ない検知結果VO2の値として設定し、検知結果VO2がこの閾値P5以下の場合(閾値P5に相当する空燃比以上の空燃比を示すリーンな場合)に、エアファンネル111aが社外品に交換されていると判別することができる。閾値P5は、例えば、空燃比で15に相当する値とすることができる。これは、設定空燃比をややリッチな空燃比にした場合、相当程度リーンな空燃比であることを意味しており、通常ではこれほど混合気が薄くなることはない値である。
次に、処理部21が実行する処理例について説明する。図4(A)はエアファンネル111aが社外品に交換されているか否かを判別して内燃機関106の出力制限を行う処理の例を示している。
S1では、開度センサ6及びクランク角度センサ5の検知結果を取得して現在の内燃機関106の運転領域が補正領域R1かそれ以外の領域か(非補正領域R2か)を判定する。補正領域R1と判定した場合はS2へ進み、それ以外の領域と判定した場合はS4へ進む。
S2では、補正係数KO2が閾値P4以上か否かを判定し、閾値P4以上であればエアファンネル111aが社外品に交換されているとみなしてS3へ進み、閾値P4未満であれば一回の処理を終了する。S4では、酸素センサ7の検知結果VO2が閾値P5以下か否かを判定し、閾値P5以下であればエアファンネル111aが社外品に交換されているとみなしてS3へ進み、閾値P5を超える場合は一回の処理を終了する。
S3では出力制限フラグをONにする。これは記憶部22の所定の記憶領域に設定されるフラグであり、ON中は内燃機関106の出力を制限する。出力の制限手法としては、燃料カット、点火カット、燃料噴射の間引きを挙げることができる。燃料噴射の間引きとは、例えば、燃料の噴射タイミングのうち、一部のタイミングにおいて燃料を噴射しないことである。具体的には、例えば、燃焼サイクル3回につき、1回は燃料を噴射しないものとする。燃料カットや点火カットに比べて、内燃機関106の出力制限を穏やかに行うことができ、ライダの走行上の違和感を軽減して出力制限を行うことができる。以上により一回の出力制限処理を終了する。こうして吸気系の改造に対して内燃機関106の出力制限を実現することができる。
図4(B)は、出力制限後にその解除を行う処理例を示している。本実施形態では内燃機関106の運転領域が領域R3の範囲外に遷移したことを条件として出力制限を解除する。領域R3の範囲外においては、エアファンネル111aを交換したとしても制限出力を超過する場合がないことに基づいている。
S11では、出力制限フラグがONか否かを判定する。ONである場合はS12へ進み、OFFの場合は一回の処理を終了する。S12では、開度センサ6及びクランク角度センサ5の検知結果を取得して現在の内燃機関106の運転領域が超過可能領域外(領域R3外)にあるか否かを判定する。超過可能領域外にある場合はS13へ進み、超過可能領域内にある場合は一回の処理を終了する(出力制限が継続される)。S13では出力制限フラグをOFFにして、制御を通常の制御に戻す。これにより、出力制限がかかったとしても一時的なものとなり通常の走行に影響しない範囲で出力制限をかけることができる。以上により一回の制限解除処理を終了する。
<実施形態のまとめ>
1.上記実施形態の制御装置(例えば1)は、
内燃機関の燃料噴射量を制御する制御手段(例えば2)と、
前記内燃機関の排気通路(例えば112)に設けられた酸素センサ(例えば7)と、
を備えた制御装置であって、
前記制御手段は、前記内燃機関の運転状態に基づく基本値(例えばTOUT)を前記酸素センサの検知結果に基づいて補正することで、所定の空燃比に維持されるように前記燃料噴射量を制御可能であり、
前記制御手段は、前記酸素センサの検知結果に基づく補正の増量分が前記基本値に対して所定の割合以上となった場合に、前記内燃機関の出力を制限する(例えば図4(A),S2,S3)。
この実施形態によれば、燃料噴射量の補正量に着目することで、空燃比のフィードバック制御の実施中においても、吸気系の改造に対して内燃機関の出力制限を実現することができる。
2.上記実施形態の制御装置では、
前記酸素センサの検知結果に基づく補正が、前記基本値に前記酸素センサの検知結果に基づく補正係数を乗算するものであり、
前記所定の割合とは20%である。
この実施形態によれば、燃料噴射量の増量分が通常ではあり得ない値である場合に吸気系の改造があったものとみなし、内燃機関の出力制限を行うことができる。
3.上記実施形態の制御装置では、
前記制御手段は、第一の運転領域(例えばR1)では前記基本値を前記酸素センサの検知結果に基づいて補正し、第二の運転領域(例えばR2)では前記基本値を前記酸素センサの検知結果に基づいて補正せず、
前記第二の運転領域において前記制御手段は、前記酸素センサの検知結果が、理論空燃比よりもリーン側の予め定めた空燃比以上の空燃比に相当する値を示す場合に、前記内燃機関の出力を制限する(例えば図4(A),S4,S3))。
この実施形態によれば、空燃比のフィードバック制御を実施していない運転領域においても、吸気系の改造に対して内燃機関の出力制限を実現することができる。
4.上記実施形態の制御装置では、
前記予め定めた空燃比とは15である。
この実施形態によれば、空燃比が通常ではあり得ない値である場合に吸気系の改造があったものとみなし、内燃機関の出力制限を行うことができる。
5.上記実施形態の制御装置では、
前記制御手段は、
前記内燃機関の運転領域が所定の運転領域外に遷移したことを条件として前記内燃機関の出力の制限を解除する(例えば図4(B))。
この実施形態によれば、出力制限がかかったとしても一時的なものとなり通常の走行に影響しない範囲で出力制限をかけることができる。
6.上記実施形態の制御装置では、
前記制御手段は、燃料噴射の間引きを行うことにより、前記内燃機関の出力を制限する。
この実施形態によれば、ライダの走行上の違和感を軽減して出力制限を行うことができる。
7.上記実施形態の制御装置では、
前記運転状態は、吸気管内絶対圧と前記内燃機関の回転数とにより規定される状態である。
この実施形態によれば、前記基本値をより的確に設定することができる。
8.上記実施形態の制御装置では、
前記運転領域とは、スロットル開度と前記内燃機関の回転数とにより規定される領域である(例えば図3(A))。
この実施形態によれば、前記運転領域をより的確に区分けすることができる。
1 制御装置、2 制御ユニット、7 酸素センサ、112 排気通路

Claims (8)

  1. 内燃機関の燃料噴射量を制御する制御手段と、
    前記内燃機関の排気通路に設けられた酸素センサと、
    を備えた制御装置であって、
    前記制御手段は、前記内燃機関の運転状態に基づく基本値を前記酸素センサの検知結果に基づいて補正することで、所定の空燃比に維持されるように前記燃料噴射量を制御可能であり、
    前記制御手段は、前記酸素センサの検知結果に基づく補正の増量分が前記基本値に対して所定の割合以上となった場合に、前記内燃機関の出力を制限し、
    前記制御手段は、第一の運転領域では前記基本値を前記酸素センサの検知結果に基づいて補正し、第二の運転領域では前記基本値を前記酸素センサの検知結果に基づいて補正せず、
    前記第二の運転領域において前記制御手段は、前記酸素センサの検知結果が、理論空燃比よりもリーン側の予め定めた空燃比以上の空燃比に相当する値を示す場合に、前記内燃機関の出力を制限する、
    ことを特徴とする制御装置。
  2. 内燃機関の燃料噴射量を制御する制御手段と、
    前記内燃機関の排気通路に設けられた酸素センサと、
    を備えた制御装置であって、
    前記制御手段は、前記内燃機関の運転状態に基づく基本値を前記酸素センサの検知結果に基づいて補正することで、所定の空燃比に維持されるように前記燃料噴射量を制御可能であり、
    前記制御手段は、前記酸素センサの検知結果に基づく補正の増量分が前記基本値に対して所定の割合以上となった場合に、前記内燃機関の出力を制限し、
    前記制御手段は、前記内燃機関の運転領域が所定の運転領域外に遷移したことを条件として前記内燃機関の出力の制限を解除する、
    ことを特徴とする制御装置。
  3. 請求項1または2に記載の制御装置であって、
    前記酸素センサの検知結果に基づく補正が、前記基本値に前記酸素センサの検知結果に基づく補正係数を乗算するものであり、
    前記所定の割合とは20%である、
    ことを特徴とする制御装置。
  4. 請求項に記載の制御装置であって、
    前記予め定めた空燃比とは15である、
    ことを特徴とする制御装置。
  5. 請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載の制御装置であって、
    前記制御手段は、燃料噴射の間引きを行うことにより、前記内燃機関の出力を制限する、
    ことを特徴とする制御装置。
  6. 請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載の制御装置であって、
    前記運転状態は、吸気管内絶対圧と前記内燃機関の回転数とにより規定される状態である、
    ことを特徴とする制御装置。
  7. 請求項に記載の制御装置であって、
    前記第一の運転領域および前記第二の運転領域とは、スロットル開度と前記内燃機関の回転数とにより規定される領域である、
    ことを特徴とする制御装置。
  8. 請求項に記載の制御装置であって、
    前記運転領域とは、スロットル開度と前記内燃機関の回転数とにより規定される領域である、
    ことを特徴とする制御装置。
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