JP2015025410A - エンジンの制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
ここでいう前記エンジンの負荷とは、前記エンジンに対して抵抗を及ぼす力,仕事率(エンジン出力,馬力),仕事(エネルギー)を意味する。典型的には、前記エンジンに要求されるエンジン出力やこれに相関するパラメーターが、前記負荷として取り扱われる。前記負荷の具体例としては、充填効率Ec,体積効率Ev,エンジンの目標トルク,吸気圧や排気圧,過給圧,車速V,アクセル開度APS,外部負荷装置の作動状態,車両の走行環境に関する情報等が挙げられる。
前記点火時期制御手段は、前記エンジンの吸入空気量に基づいて前記負荷を算出することが好ましい。なお、ここでいう吸入空気量には、吸入空気の体積,質量,充填効率Ec,体積効率Ev等が含まれることが好ましい。
言い換えれば、前記点火時期制御手段は、前記負荷が所定負荷未満である場合に、前記スロットル先行モードでの点火時期よりも前記過給先行モードでの点火時期を進角設定とすることが好ましい。
なお、前記過給先行モードでの点火時期を基準とした、前記スロットル先行モードでの点火時期の遅角量は、極低負荷域(所定負荷未満の負荷領域)を除き、前記負荷が小さいほど大きく設定されることが好ましい。
言い換えれば、前記点火時期制御手段は、前記負荷が所定負荷以上である場合に、前記過給先行モードでの点火時期よりも前記スロットル先行モードでの点火時期を進角設定とすることが好ましい。
なお、前記スロットル先行モードでの点火時期を基準とした、前記過給先行モードでの点火時期の遅角量は、前記負荷が大きいほど大きく設定されることが好ましい。
なお、前記点火時期制御手段は、前記エンジンの吸入空気量及びエンジン回転速度に基づき、前記所定値を算出することが好ましい。
[1−1.エンジン]
本実施形態のエンジンの制御装置は、図1に示す車載ガソリンエンジン10(以下、単にエンジン10と呼ぶ)に適用される。このエンジン10は、排気圧を利用した過給システム及びEGRシステム(排気再循環システム)を備える。図1では、多気筒のエンジン10に設けられた複数の気筒(シリンダー)のうちの一つを示す。シリンダー内にはピストンが摺動自在に内装され、ピストンの往復運動がコンロッド(コネクティングロッド)を介してクランクシャフトの回転運動に変換される。
各シリンダーへの燃料供給用のインジェクターとして、シリンダー内に直接的に燃料を噴射する筒内噴射弁11(直噴インジェクター)が設けられる。筒内噴射弁11からの燃料噴射量及びその噴射タイミングは、エンジン制御装置1で制御される。例えば、エンジン制御装置1から筒内噴射弁11に制御パルス信号が伝達され、その制御パルス信号の大きさに対応する期間だけ、筒内噴射弁11の噴孔が開放される。これにより、燃料噴射量は制御パルス信号の大きさ(駆動パルス幅)に応じた量となり、噴射タイミングは制御パルス信号が伝達された時刻に対応したものとなる。
吸気弁の上部は、バルブリフト量,バルブタイミングを変化させるための吸気可変動弁機構28に接続され、排気弁の上部は排気可変動弁機構29に接続される。吸気弁,排気弁の動作は、これらの可変動弁機構28,29を介して、後述するエンジン制御装置1で制御される。それぞれの可変動弁機構28,29には、例えばロッカアームの揺動量と揺動のタイミングとを変更する機構として、可変バルブリフト機構及び可変バルブタイミング機構が内蔵される。
車両の任意の位置には、アクセルペダルの踏み込み量(アクセル開度APS)を検出するアクセル開度センサー41が設けられる。アクセル開度APSは、運転者の加速要求や発進意思に対応するパラメーターであり、言い換えるとエンジン10の負荷(エンジン10に対する出力要求)に相関するパラメーターである。
上記のエンジン10を搭載する車両には、エンジン制御装置1(Engine Electronic Control Unit,制御装置)が設けられる。このエンジン制御装置1は、例えばマイクロプロセッサやROM,RAM等を集積したLSIデバイスや組み込み電子デバイスとして構成され、車両に設けられた車載ネットワーク網の通信ラインに接続される。なお、車載ネットワーク上には、例えばブレーキ制御装置,変速機制御装置,車両安定制御装置,空調制御装置,電装品制御装置といったさまざまな公知の電子制御装置が、互いに通信可能に接続される。エンジン制御装置1以外の電子制御装置は、外部制御システムと呼ばれ、外部制御システムによって制御される装置は外部負荷装置と呼ばれる。
[2−1.先行制御]
先行制御とは、エンジン10の運転状態,負荷,走行モード等に応じて、スロットル先行モードと過給先行モードとの何れかを選択して実施する制御であり、主に過給の際(加速時)に何れかの先行モードが選択的に実施される。
しかしながら、過給先行モードに比べ内部EGR量が減少することで燃焼が改善し、最適点火時期が遅角するためにノックが発生しやすくなる。このような傾向は、特に吸入空気量が少ない低負荷領域または低回転領域で顕著となる。ただし、極低負荷域は除く。
点火時期制御では、基本的にはエンジン回転速度Neと負荷に対応する充填効率Ecとに基づいて点火時期IGが設定される。ただし、点火時期IGとエンジン回転速度Ne及び充填効率Ecとの関係は固定的なもの(一意な関係)ではなく、上記の先行制御で選択される走行モードに応じて変更される。これは、先行モードの種類が筒内での燃焼状態に及ぼす影響が相違するからである。
図2に示すように、上記の制御を実施するための要素として、エンジン制御装置1には、エンジン負荷判定部2,モード選択部3,ウェストゲート演算部4,スロットル演算部5,点火演算部6(点火時期制御手段)が設けられる。ウェストゲート演算部4には、ウェストゲート開度設定部4a,ウェストゲート制御部4b,ずれ量算出部4cが設けられる。また、スロットル演算部5にはスロットル開度設定部5a、スロットル制御部5bが設けられ、点火演算部6には点火時期設定部6a,点火時期制御部6bが設けられる。これらの各要素は電子回路(ハードウェア)によって実現してもよく、ソフトウェアとしてプログラミングされたものとしてもよいし、あるいはこれらの機能のうちの一部をハードウェアとして設け、他部をソフトウェアとしたものであってもよい。
エンジン負荷判定部2は、エンジン10の負荷に相当する充填効率Ecを算出するものである。充填効率Ecは、吸気流量Qとエンジン回転速度Neとに基づいて算出される。エンジン10の負荷に相当する他のパラメーターとしては、エンジン10の目標トルクや体積効率Ev等が挙げられる。また、吸気圧や排気圧,過給圧,車速V,アクセル開度APS,外部負荷装置の作動状態,車両の走行環境に関する情報等を用いてエンジン10の負荷に相当するパラメーターを算出してもよい。
モード選択部3(モード選択手段)は、先行制御での先行モードを選択,設定するものである。ここでは、例えば選択スイッチ51の操作状態に応じて走行モードが選択される。この場合、モード選択部3は、選択スイッチ51でスポーツモードが選択されているときに、過給先行モードを選択する。一方、選択スイッチ51でエコモードが選択されているときには、スロットル先行モードを選択する。ここで選択された先行モードの情報は、ウェストゲート演算部4,スロットル演算部5,点火演算部6に伝達される。
ウェストゲート開度設定部4aは、エンジン10の運転状態に基づいてウェストゲートバルブ17の目標開度である規準開度D0を設定するものである。規準開度D0は、例えばエンジン回転速度Neやエンジン負荷,空気量,充填効率Ec(目標充填効率,実充填効率など),過給圧,アクセル開度APS,冷却水温WT等に基づいて設定される。本実施形態では、エンジン回転速度Neと充填効率Ecとを引数とした三次元マップに基づいて規準開度D0が算出される。
制御信号を受けたウェストゲートアクチュエーター18は、制御信号に応じたストロークで弁体駆動部材を駆動する。これにより、ウェストゲートバルブ17が正しく動作していればウェストゲート開度Dが規準開度D0となる。
スロットル開度設定部5aは、エンジン10の運転状態に基づいてスロットルバルブ26の目標開度である目標スロットル開度TH0を設定するものである。目標スロットル開度TH0は、例えばエンジン回転速度Neやエンジン負荷,空気量,充填効率Ec(目標充填効率,実充填効率など),過給圧,アクセル開度APS,冷却水温WT等に基づいて設定される。本実施形態では、エンジン回転速度Neと充填効率Ecとを引数とした三次元マップに基づいて目標スロットル開度TH0が算出される。このマップ上では、エンジン回転速度Neが高いほど、あるいは充填効率Ecが大きいほど、目標スロットル開度TH0が増大するような開度特性が設定される。なお、具体的な開度特性については記載を省略する。ここで設定された目標スロットル開度TH0の情報は、スロットル制御部5bに伝達される。
点火時期設定部6aは、エンジン10の運転状態に基づいて点火プラグ15での点火時期IGを設定するものである。ここでは、エンジン回転速度Ne及び充填効率Ecに基づいて、標準的な点火時期IGが設定されるとともに、エンジン負荷判定部2で判定された負荷領域,モード選択部3で選択された走行モードに基づいてその点火時期IGが補正される。ただし、点火時期IGの補正が実施されるのは、ずれ量算出部4cで算出されたずれ量Zが所定値Z0以上である場合とする。
一方、高負荷領域における過給先行モード時の点火時期IGは、スロットル先行モード時と比較して遅角設定される。逆にいえば、高負荷領域におけるスロットル先行モード時の点火時期IGは、過給先行モード時と比較して進角設定される。
図6は、点火時期制御の手順を説明するためのフローチャートである。このフローは、エンジン制御装置1において所定の演算周期で繰り返し実施される。ステップA10では、各種センサー41〜51で検出された各種情報がエンジン制御装置1に入力される。ここでは、エンジン回転速度Ne,吸気流量Q,ウェストゲート開度Dに対応するストローク,アクセル開度APS,選択スイッチ51の操作状態等に関する情報が入力される。また、ステップA20では、エンジン負荷判定部2において、吸気流量Q,エンジン回転速度Ne等に基づいてエンジン10の充填効率Ecが算出される。さらに、ステップA30では、エンジン負荷判定部2において、図4に示すようなマップに基づいて、エンジン10の運転状態が低負荷領域,高負荷領域の何れに属しているかが判定される。
ステップA90では、ステップA40で選択された先行モードがスロットル先行モードであるか否かが判定される。ここで、先行モードがスロットル先行モードである場合にはステップA110に進み、図5(b)中に破線で示すように、点火時期IGがリタード方向に補正される。このとき、スロットル開度THをウェストゲート開度Dに先行して変更することによって筒内に導入される吸入空気量が変化し、燃焼状態が不安定になったとしても、点火時期IGの遅角設定により燃焼状態が安定化する。
(1)上記のエンジン制御装置1では、点火演算部6において、スロットル先行モード及び過給先行モードのそれぞれに応じた点火時期特性が与えられて、点火プラグ15の動作が制御される。例えば、図5(b)に示すように、過給先行モードでは図中に実線で示す点火時期特性が与えられ、スロットル先行モードでは図中に破線で示す点火時期特性が与えられる。このような点火時期特性を付与することにより、各々の先行モードに応じた点火時期IGを設定することができ、先行モードの種類に関わらずエンジン10の燃焼状態を改善することができる。
上述した実施形態に関わらず、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。本実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。
2 エンジン負荷判定部
3 モード選択部(モード選択手段)
4 ウェストゲート演算部
4a ウェストゲート開度設定部
4b ウェストゲート制御部
4c ずれ量算出部(算出手段)
5 スロットル演算部
5a スロットル開度設定部
5b スロットル制御部
6 点火演算部(点火時期制御手段)
6a 点火時期設定部
6b 点火時期制御部
15 点火プラグ
17 ウェストゲートバルブ
26 スロットルバルブ
Ne 回転速度
Ec 充填効率
D ウェストゲート開度
TH スロットル開度
Claims (5)
- ウェストゲートバルブ付きのタービンを有する過給システムと、吸気通路に介装されたスロットルバルブとを具備するエンジンの制御装置において、
過給の際にスロットル開度をウェストゲート開度に先行して変更するスロットル先行モードと、過給の際に前記ウェストゲート開度を前記スロットル開度に先行して変更する過給先行モードとの何れかを選択するモード選択手段と、
前記モード選択手段で選択されたモードの種類に応じて点火時期を制御する点火時期制御手段と、
を備えたことを特徴とする、エンジンの制御装置。 - 前記点火時期制御手段が、前記モードの種類と前記エンジンの負荷とに応じて前記点火時期を制御する
ことを特徴とする、請求項1記載のエンジンの制御装置。 - 前記点火時期制御手段は、前記負荷が所定負荷未満である場合に、前記過給先行モードでの点火時期よりも前記スロットル先行モードでの点火時期を遅角設定とする
ことを特徴とする、請求項2記載のエンジンの制御装置。 - 前記点火時期制御手段は、前記負荷が所定負荷以上である場合に、前記スロットル先行モードでの点火時期よりも前記過給先行モードでの点火時期を遅角設定とする
ことを特徴とする、請求項2又は3記載のエンジンの制御装置。 - 前記ウェストゲートバルブの目標開度と実開度とのずれ量を算出する算出手段を備え、
前記点火時期制御手段は、前記算出手段で算出された前記ずれ量が所定値以上である場合に、前記モードの種類に応じて前記点火時期を制御する
ことを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載のエンジンの制御装置。
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