JP6838239B2 - 内燃機関の制御装置及び制御装置における制御周期設定方法 - Google Patents
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Description
この燃料噴射制御装置は、吸気弁閉時期にて最新の燃料噴射量を記憶保持し、吸気弁閉時期以降(圧縮行程)にて噴射する場合は、記憶してある吸気弁閉時期での燃料噴射量によって燃料噴射を行い、吸気行程にて正規噴射を行う場合は、吸気弁閉時期にて、そのときの最新噴射量から正規噴射量を引いた量の追加噴射を行うことを特徴とする。
一方、内燃機関の回転に同期する制御周期で燃料噴射量や点火時期の演算などを行う内燃機関の制御装置では、機関回転速度の上昇に応じて制御周期が短くなるものの、高回転域で適切な制御周期を得つつ低回転域で制御周期が過剰に長くなってしまうことを抑制することが難しく、低回転域で時間同期の制御周期よりも長くなって、燃料噴射量や点火時期の制御精度が低下する可能性があった。
また、内燃機関においては、所定の減速状態で燃料噴射や点火を一時的に停止させる制御などが実施される場合があり、係る状態において短い制御周期で燃料噴射量や点火時期などを制御装置で演算させることは、演算負荷を無用に高めることになっていた。
また、本願発明に係る内燃機関の制御装置は、その一態様において、内燃機関の制御対象に操作量を出力する内燃機関の制御装置であって、前記操作量の制御周期を、演算負荷に応じて、前記内燃機関の回転に同期する第1制御周期と時間同期の第2制御周期とに切替える制御周期切替え手段を備える。
また、本願発明に係る制御装置における制御周期設定方法は、その一態様において、内燃機関の制御対象に操作量を出力する制御装置における制御周期設定方法であって、前記内燃機関の回転に同期する第1制御周期を設定するステップと、時間同期の第2制御周期を設定するステップと、演算負荷を判断するステップと、前記操作量の制御周期を、前記演算負荷に応じて、前記第1制御周期と前記第2制御周期とに切替えるステップと、を含む。
図1は、本発明に係る制御装置を適用する内燃機関の一例を示す図である。
内燃機関101は、車両に搭載されて動力源として用いられる車両用の4サイクルガソリン機関である。
燃料噴射弁106は、吸気バルブ105の上流側の吸気ポート102aに配置され、吸気ポート102a内に燃料を噴射する。
尚、図1に示した内燃機関101は、燃料噴射弁106が吸気ポート102a内に燃料を噴射する所謂ポート噴射式内燃機関であるが、燃料噴射弁106が燃焼室104内に直接燃料を噴射する所謂筒内直接噴射式内燃機関とすることができる。
そして、燃焼圧によってピストン108の往復動し、ピストン108の往復動に伴ってクランクシャフト109が回転駆動される。
吸気バルブ105は、クランクシャフト109によって回転駆動される吸気カムシャフト115aの回転に伴って周期的に開動作し、排気バルブ110は、クランクシャフト109によって回転駆動される排気カムシャフト115bの回転に伴って周期的に開動作する。
また、点火プラグ107には、当該点火プラグ107に対して点火エネルギを供給する点火モジュール116がそれぞれ直付けされている。点火モジュール116は、点火コイル及び当該点火コイルへの通電を制御するパワートランジスタを備えて構成される。
制御装置201は、各種のセンサやスイッチからの信号を入力し、予めメモリに格納されたプログラムに従って演算処理を行うことで、燃料噴射弁106、点火モジュール116、可変バルブタイミング機構114などの内燃機関101の各種デバイス(制御対象)の操作量を演算して出力する。
また、制御装置201は、点火プラグ107による点火時期を内燃機関101の運転状態(機関負荷、機関回転速度など)に基づき演算し、演算した点火時期のときに点火プラグ107に点火エネルギが供給されるように、点火モジュール116(パワートランジスタ)に点火制御信号を出力して点火プラグ107による点火時期を制御する。
制御装置201は、図2に示すように、回転角信号POSに基づき内燃機関101の回転に同期する第1制御周期を設定し、また、振動子201Bが出力する外部クロック信号に基づき時間同期(例えば10ms毎)の第2制御周期を設定し、更に、制御条件に応じて第1制御周期と第2制御周期とのいずれかを選択し、選択した制御周期にしたがって燃料噴射量や点火時期などの操作量の演算処理を周期的に実行するよう構成される。
また、制御装置201は、回転角信号POSの周波数を整数逓倍した信号を第1制御周期信号とするが、第1制御周期は回転角信号POSの発生タイミングを起点として第1制御周期を生成する。
なお、図3のフローチャートに示すルーチンは、例えば、内燃機関101の回転速度検出値NEの更新タイミング毎(回転角信号POSの発生毎)に割り込み実行される。
なお、制御装置201は、内燃機関101の回転速度検出値NEを、回転角信号POSの周期や所定時間内における回転角信号POSの発生数などから算出する。
図2に示すように、内燃機関101の回転に同期する第1制御周期は、機関回転速度が高くなるほど(回転角信号POSの周期が短くなるほど)短くなるから、回転速度検出値NEが設定速度TNEを超えている状態とは、第2制御周期(例えば、10ms)よりも第1制御周期が短い状態であり、逆に、回転速度検出値NEが設定速度TNE以下である状態とは、第1制御周期が第2制御周期(例えば、10ms)以上である状態である。
一方、制御装置201は、回転速度検出値NEが設定速度TNE以下である場合、ステップS504に進み、制御周期として第2制御周期を選択し、燃料噴射量や点火時期などの操作量の演算処理を第2制御周期毎に実行するように設定する(時間同期制御の設定)。
回転速度検出値NEが設定速度TNE以下である低回転域では、制御装置201が第1制御周期に基づき操作量の演算を行うと、第2制御周期に基づき操作量の演算を行った場合よりも操作量の更新周期が長くなる。また、回転速度検出値NEが設定速度TNEを超える高回転域では、制御装置201が第2制御周期に基づき操作量の演算を行うと、第1制御周期に基づき操作量の演算を行った場合よりも操作量の更新周期が長くなる。
そこで、制御装置201は、機関回転速度に応じて周期が変わる第1制御周期と、一定時間毎の第2制御周期との短い方を操作量制御に用いる制御周期として選択することで、機関回転速度が変化しても高い制御精度を維持できるようにする。
また、制御装置201は、第2制御周期を選択している状態で基準回転速度+α(α>0)を超えたときに第1制御周期に切替え、第1制御周期を選択している状態で基準回転速度−β(β>0)を下回ったときに第2制御周期に切替えることができる。なお、上記αとβとは同じ値又は異なる値とすることができる。
図4のフローチャートは、第1制御周期と第2制御周期とのうち短い方を選択する処理とは別の選択処理を付加した制御周期の設定処理の一態様を示す。
制御装置201は、例えば、カム角センサ204が回転角信号CAMを出力する状態で、クランク角センサ203が回転角信号POSを出力しない状態であるときに、クランク角センサ203の異常を診断することができる。
これにより、内燃機関101の高回転域において、クランク角センサ203が正常であるとき(第1制御周期を選択できるとき)よりも、燃料噴射量などの制御精度が低下するとしても、全回転域において燃料噴射制御や点火時期制御などを継続でき、また、第1制御周期よりも第2制御周期が短くなる低回転域ではクランク角センサ203が正常であるときと同等の制御精度を確保できる。
更に、制御装置201は、回転角信号CAMを逓倍器に入力させて第3制御周期を生成させるときに、周波数逓倍の倍率を回転角信号POSの入力時よりも上げて、第3制御周期の周期(周波数)を第1制御周期の周期(周波数)に近づけ、ステップS602において、第2制御周期と第3制御周期とのうち短い方を選択することができる。
そして、演算負荷が設定レベルを超えていて演算負荷の軽減が望まれる状態である場合、制御装置201は、ステップS605に進み、第1制御周期と第2制御周期とのうち周期の長い方を燃料噴射量などの制御周期として選択し、選択した制御周期で燃料噴射量や点火時期などの操作量の演算処理を実行するように設定することで、制御周期を延ばして演算負荷を軽減させる。
減速燃料カットとは、制御装置201が、内燃機関101の減速運転状態で(アクセルオフ時に)燃料噴射弁106による燃料噴射を停止させるとともに点火プラグ107による点火動作を停止させ、内燃機関101の平均燃費を改善する燃焼制御である。
そこで、制御装置201は、減速燃料カット状態であるときにステップS605に進み、第1制御周期と第2制御周期とのうち周期の長い方を燃料噴射量などの制御周期として選択し、選択した制御周期で燃料噴射量や点火時期などの操作量の演算処理を実行するように設定することで、制御周期を延ばして演算負荷を軽減させる。
例えば、マイクロコンピュータ201AのROMやRAMなどのメモリを診断する場合、診断処理が内燃機関101の噴射量制御などに影響を与えないように、1周期当たりに行うサム/パリティ演算は予め定められた診断単位バイト数にしたがって行われるが、燃料噴射量などの制御周期が長い方に切替えられた場合は、診断単位バイト数を増やすなどしてマイクロコンピュータ201Aの資源を診断処理により多く振り分けることが可能となる。
そして、診断単位バイト数を増やせば診断に要する時間が短くなり、診断完了が早まるから、制御装置201は、内燃機関101の運転中のメモリ異常の発生を早期に検出することができる。
設定速度TNEは、例えば、第1制御周期と第2制御周期とが略同等になる機関回転速度である。
一方、制御装置201は、回転速度検出値NEが設定速度TNE以下である低回転域である場合、ステップS607に進み、制御周期として第2制御周期を選択し、燃料噴射量や点火時期などの操作量の演算処理を第2制御周期毎に実行するように設定する。
このように、内燃機関101の回転速度の上昇に応じて第2制御周期から第1制御周期に切替えるようにすれば、低回転域と高回転域との双方で燃料噴射量や点火時期などの制御を十分な精度で実施できる。
例えば、内燃機関101の運転状態に応じた制御周期の切替え制御として、内燃機関101の負荷と回転速度とに応じたマップに第1制御周期と第2制御周期とを予め割り付け、当該マップをマイクロコンピュータ201Aのメモリに格納させ、制御装置201が、そのときの機関負荷及び機関回転速度に該当する制御周期を前記マップから検索する構成とすることができる。
上記のマップにおいて、運転領域毎の制御精度の要求レベルの違いに応じて第1制御周期と第2制御周期とのいずれかを割り付けることができ、高精度が要求される領域(例えば常用域や始動域など)には第1制御周期と第2制御周期とのうち周期の短い方を割り付け、高い精度が要求されない領域には第1制御周期と第2制御周期とのうち周期の長い方を割り付ける構成とすることができる。
例えば、制御装置201が、タコメータを制御する制御信号を演算して出力する機能や、燃料タンクにて発生した燃料蒸気を捕集するキャニスタからのパージを調整するパージコントロールバルブを制御する機能などを備える場合、タコメータやパージコントロールバルブなどの制御対象は、燃料噴射弁106、点火プラグ107、可変バルブタイミング機構114などの内燃機関101の性能に直接的に影響する制御対象に比べて制御精度の要求が比較的低い。
そこで、制御装置201は、タコメータやパージコントロールバルブの制御周期を、燃料噴射弁106、点火プラグ107、可変バルブタイミング機構114などの制御周期よりも長く設定することができ、例えば、制御装置201は、内燃機関101の高回転域で燃料噴射量などを第1制御周期にしたがって制御するときに、タコメータやパージコントロールバルブなどを第1制御周期よりも長い第2制御周期にしたがって制御することができる。
Claims (4)
- 内燃機関の制御対象に操作量を出力する内燃機関の制御装置であって、
前記制御対象の動作が停止される運転状態であるときに、前記操作量の制御周期を、前記内燃機関の回転に同期する第1制御周期と時間同期の第2制御周期とのうち周期の長い方に切り替える制御周期切替え手段を備えた、
内燃機関の制御装置。 - 内燃機関の制御対象に操作量を出力する内燃機関の制御装置であって、
前記操作量の制御周期を、演算負荷に応じて、前記内燃機関の回転に同期する第1制御周期と時間同期の第2制御周期とに切替える制御周期切替え手段を備えた、
内燃機関の制御装置。 - 内燃機関の制御対象に操作量を出力する制御装置における制御周期設定方法であって、
前記内燃機関の回転に同期する第1制御周期を設定するステップと、
時間同期の第2制御周期を設定するステップと、
前記制御対象の動作が停止される運転状態を検出するステップと、
前記制御対象の動作が停止される運転状態であるときに、前記操作量の制御周期を、前記第1制御周期と前記第2制御周期とのうち周期の長い方に切り替えるステップと、
を含む、制御装置における制御周期設定方法。 - 内燃機関の制御対象に操作量を出力する制御装置における制御周期設定方法であって、
前記内燃機関の回転に同期する第1制御周期を設定するステップと、
時間同期の第2制御周期を設定するステップと、
演算負荷を判断するステップと、
前記操作量の制御周期を、前記演算負荷に応じて、前記第1制御周期と前記第2制御周期とに切替えるステップと、
を含む、制御装置における制御周期設定方法。
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