JP2017150421A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関（エンジン）がアイドル状態および触媒の早期昇温を目的とした点火時期の遅角状態時に、湿度の変化によって一定の出力を得るために必要なトルクが変化する補機類が作動しても、エンジンの回転数の変動を防止することのできる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】空気の湿度を検知する湿度検知部と、前記内燃機関のトルクを利用して駆動されると共に前記空気の湿度に応じて一定の出力を得るために必要な負荷トルクが変化する補機の動作状態を検知する補機動作状態検知部と、排気通路に設置される触媒を前記内燃機関の点火時期の遅角により昇温する手段と、を備え、
前記触媒昇温状態において、前記空気の湿度及び前記補機の動作状態に基づいて前記内燃機関の吸入空気量を補正し、補正後の吸入空気量あるいは前記内燃機関のトルクに応じて前記内燃機関の点火時期を制御する。
【選択図】図７

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に係り、内燃機関のアイドル状態における回転数を制御する内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関（エンジン）のアイドル状態においては、燃費向上のためにエンジン回転数の目標回転数を低くするとともに、エンジン回転数を安定させるために、エンジンの実際の回転数と目標回転数をもとにフィードバック制御を行っている。このフィードバック制御の実現方法としては、吸入空気量あるいは点火時期を制御する方法が広く知られており、その点火時期や吸入空気量を決定する際に、湿度を考慮することも広く知られている。

また、特開平６−２４９１１７号公報に記載の内燃機関の冷機始動時のように、排気ガスを浄化するために排気通路に設置された触媒の早期昇温が要求される触媒昇温時には、点火時期を遅角して排気温度を上昇させる方法が広く知られている。

上記フィードバック制御、かつ上記触媒昇温時には、エンジンの回転数が目標回転数から乖離してしまう場合があり、その一例として、エンジンのトルクを利用して駆動される補機が停止状態から作動状態に遷移した場合が挙げられる。上記補機の状態が停止状態から作動状態に遷移すると、補機を駆動するためのトルクが必要となり、スロットル開度を増やしエンジンへの吸入空気量を増加させることによりトルクを増加させるとともに、高応答である点火時期を遅角しエンジンのトルクを減少させることにより、エンジンの回転数が目標回転数から乖離することを防止する。

特開平６−２４９１１７号公報

しかしながら、触媒昇温時には前述したように点火時期は大きく遅角しており、さらに遅角した場合失火してしまう可能性があるため、吸入空気量の増加によるトルクの増加を、点火時期の遅角によるトルクの減少では十分に調整することができなかった。そのため、エンジンの回転数が目標回転数から乖離してしまうことによる乗車性に課題があった。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、内燃機関（エンジン）がアイドル状態および触媒昇温を目的とした点火時期の遅角状態の時に、湿度の変化によって一定の出力を得るために必要なトルクが変化する補機類が作動しても、エンジン回転数の目標回転数からの乖離を抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記した課題を解決するために、本発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関のアイドル状態における回転数を制御するための内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関に吸入される空気の湿度を検知する湿度検知部と、前記内燃機関のトルクを利用して駆動されると共に前記空気の湿度に応じて一定の出力を得るために必要なトルクが変化する補機の動作状態を検知する補機動作状態検知部と、触媒昇温を目的とし点火時期を遅角する手段とを備えた装置であり、前記空気の湿度及び前記補機の動作状態に基づいて前記内燃機関の吸入空気量を補正し、補正後の吸入空気量あるいは内燃機関のトルクにより前記内燃機関の点火時期を制御することを特徴とする。

本発明によれば、内燃機関に吸入される空気の湿度及び内燃機関の駆動トルクを利用して駆動される補機の動作状態に基づいて吸入空気量を補正すると共に、点火時期を制御することにより、内燃機関のアイドル状態および触媒昇温を目的とした点火時期の遅角状態において、湿度の変化によって一定の出力を得るために必要な駆動トルクが変化する補機類が作動した時に、エンジンの回転数が目標回転数から乖離することを抑制することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明に係る内燃機関の制御装置（ＥＣＵ）の一実施形態を含む内燃機関の全体構成を概略的に示すシステム構成図。 図１に示すＥＣＵの入出力信号の関係を示すブロック線図。 図１に示すＥＣＵの内部構成を示すブロック線図。 エンジンのアイドル状態時に、エアコンが停止状態から作動したときの従来技術の制御における、エンジン回転数、エンジン状態、エアコン動作状態、コンプレッサの状態、外部負荷、最終吸入空気量、点火時期、エンジンのトルクの変化の一例を説明したタイミングチャート。 エンジンのアイドル状態時および触媒昇温を目的とした点火時期の遅角状態時に、エアコンが停止状態から作動したときの従来技術の制御における、エンジン回転数、エンジン状態、エアコン動作状態、コンプレッサの状態、外部負荷、最終吸入空気量、点火時期、エンジンのトルクの変化の一例を説明したタイミングチャート。 湿度と吸入空気量補正値の関係を示す図。 図１に示すＥＣＵによる制御処理における吸入空気量補正値の演算処理手順を説明したフローチャート（冷機始動時）。 図１に示すＥＣＵによる制御処理における吸入空気量補正値の演算処理手順を説明したフローチャート。

以下、本発明に係る内燃機関の制御装置の一実施形態を図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る内燃機関の制御装置であるエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）の一実施形態を含む内燃機関の全体構成を概略的に示したものである。

図示するように、エンジン（内燃機関）１には、ピストン２、吸気弁３、排気弁４が備えられる。吸入空気は、エアフロセンサ（空気流量計）１２および湿度センサ２８を通過してスロットル弁１９に入り、分岐部であるコレクタ１５より吸気管１０、吸気弁３を介してエンジン１の燃焼室２１に供給される。前記エアフロセンサ１２からは、吸入空気の吸気流量を表す信号がＥＣＵ９に出力され、前記湿度センサ２８からは、吸入空気の湿度を表す信号がＥＣＵ９に出力される。燃料は、燃料タンク２３から低圧燃料ポンプ２４によってエンジン１へと供給され、さらに高圧燃料ポンプ２５によって燃料噴射に必要な圧力に高められる。高圧となった燃料は、燃料噴射弁５からエンジン１の燃焼室２１に噴射供給され、点火コイル７によりエネルギーを受けた点火プラグ６によって点火される。点火制御は、ＥＣＵ９による所望の点火時期での点火コイル７への通電制御により行われる仕組みとなっている。燃焼後の排気ガスは、排気弁４を介して排気管１１に排出され、排気浄化用の触媒３０を通過する際に浄化される。上記触媒の上流および下流側には、空燃比センサ３１、３２があり、浄化前の排気ガスおよび浄化後の排気ガスの空燃比を表す信号をＥＣＵ９に出力する。

上記触媒３０の早期昇温が要求される冷機始動時には、点火コイル７および点火コイル６による点火時期を遅角し、排気温度を高温とすることにより触媒３０の温度を早期に昇温させる。

なお、ＥＣＵ９には、アクセル開度を計測するアクセル開度センサ２２の信号、エンジン１のクランクシャフトの回転角度を計測するクランク角センサ１６の信号、スロットル弁１９の開度を計測するスロットルセンサ（不図示）の信号等も入力されるとともに、ＥＣＵ９によって、スロットル弁１９に設けられた電制スロットル１８、低圧燃料ポンプ２４、高圧燃料ポンプ２５、燃料噴射弁５等も制御される仕組みとなっている。

また、補機の一例として、エアコン（車両用空調装置）（不図示）が配設され、エアコンスイッチ２９をオンオフすることにより、ＥＣＵ９がエアコンＣＵ（エアコンコントロールユニット）２７を介して前記エアコンの動作状態を制御する。なお、本実施形態では、エアコンＣＵ２７を介してＥＣＵ９がエアコンシステムを制御しているが、エアコンＣＵ２７を介さずＥＣＵ９がエアコンシステムを直接制御しても良い。

不図示のエアコンシステムは、コンプレッサ、コンデンサ、エバポレータ等から構成され、コンプレッサはプーリーおよびベルトを介してエンジン１に連結されており、エンジン１によって駆動される。そのため、エンジンのアイドル状態かつエアコンが停止中である場合、エアコンが動作状態に遷移した際には、エンジンの外部負荷が増加する。外部負荷が増加するため、エンジン回転数が目標回転数となるよう電制スロットル１８を制御することによりエンジンへの吸入空気量、点火コイル７を制御することにより点火時期を調整する。

図２は、図１に示すＥＣＵ９の内部構成の一例を概略的に示したものであり、図１に示すＥＣＵ９の入出力信号の関係を示すブロック線図である。

前記ＥＣＵ９は、Ａ／Ｄ変換器を含むI／Ｏ ＬＳＩ９ａ、ＣＰＵ９ｂ等から構成され、前記したように、アクセル開度センサ２２の信号、クランク角センサ１６の信号、スロットルセンサの信号、エアフロセンサ１２の吸入空気量に関する信号、湿度センサ２８の吸入空気の湿度に関する信号、エアコンの動作状態を切り替えるエアコンスイッチ２９のオン／オフ信号等が入力される。また、前記ＥＣＵ９は、所定の演算処理にて算出した各種の制御信号を、アクチュエータである、電制スロットル１８、高圧燃料ポンプ２５、低圧燃料ポンプ２４、点火コイル７、コントロールユニットであるエアコンＣＵ２７等に出力して各アクチュエータの動作状態を制御する。

図３は、図１に示すＥＣＵの内部構成を示したものである。このような制御ブロックは、ハードウェア、ソフトウェア、又はこれらを組み合わせたものによって実現される。

図３に示すＥＣＵ９の回転数演算部３０１では、クランク角センサ１６の信号に基づいてエンジン回転速度を演算し、その演算結果を基本吸入空気量演算部３０７及びアイドル判定部３０５及び点火時期演算部３０６に送信する。

負荷演算部３０２では、スロットルセンサから得られるスロットル弁１９の開度、エアフロセンサ１２から得られる吸入空気量を基に、エンジン１の負荷状態を演算し、その演算結果を基本吸入空気量演算部３０７及びアイドル判定部３０５及び点火時期演算部３０６に送信する。

湿度演算部３０３では、湿度センサ２８から得られる吸入空気の湿度情報を基に、吸入空気の湿度を検知し、その検知結果を吸入空気量補正値演算部３０８に送信する。

エアコン動作状態検知部（補機動作状態検知部）３０４では、エアコンＣＵ２７を介して得られるエアコンシステム情報を基に、エアコンが動作中か停止中かを判定（検知）し、その判定結果を吸入空気量補正値演算部３０８に送信する。

アイドル判定部３０５では、前述の回転数演算部３０１で演算したエンジン回転数、前述の負荷演算部３０２で演算したエンジン１の負荷、アクセル開度センサ２２から得られるアクセル開度を基に、エンジン１がアイドル状態か否かを判定し、その判定結果を基本吸入空気量演算部３０７及び吸入空気量補正値演算部３０８及び点火時期演算部３０６に送信する。

点火時期演算部３０６では、前述の回転数演算部３０１で演算したエンジン回転数、負荷演算部３０２で演算したエンジン１の負荷、アイドル判定部３０５で判定したアイドル状態の情報を基に、基本点火時期を演算し、その演算結果を基に点火コイル７を制御して点火プラグ６により点火する。

基本吸入空気量演算部３０７では、前述の回転数演算部３０１で演算したエンジン回転数、負荷演算部３０２で演算したエンジン１の負荷、アイドル判定部３０５で判定したアイドル状態の情報を基に、基本吸入空気量を演算し、その演算結果を最終吸入空気量演算部３０９に送信する。

吸入空気量補正値演算部３０８では、前述のアイドル判定部３０５で判定したアイドル状態の情報、湿度検知部３０３で演算した吸入空気の湿度、エアコン動作状態検知部３０４で判定したエアコンの動作状態を基に、吸入空気量補正値を演算し、その演算結果を最終吸入空気量演算部３０９に送信する。なお、この吸入空気量補正値演算部３０８での吸入空気量補正値の演算処理については後で詳述する。

最終吸入空気量演算部３０９では、前述の基本吸入空気量演算部３０７で演算した基本吸入空気量、吸入空気量補正値演算部３０８で演算した吸入空気量補正値を基に、最終吸入空気量を演算し、その演算結果を基に電制スロットル１８を制御して、エンジン１の吸入空気量を調整する。

図４は、前述したエンジンのアイドル状態かつエアコンが停止中である場合、エアコンが動作状態に遷移した際の従来技術の処理の一例を示したタイミングチャートである。

エンジン回転数が上限閾値以下および下限閾値以上のとき、アイドル状態であると判定する。図４のＴ１において、エアコンスイッチがオンになったとき、一定時間後のＴ２において、コンプレッサはプーリーおよびベルトを介してエンジン１によって駆動されるために、エンジンの外部負荷が増加する。図４のＴ１からＴ２においては、コンプレッサ駆動によるエンジンの外部負荷の増加を補うために、低応答である電制スロットル１８を制御し吸入空気量を増加しエンジンのトルクを増加するとともに、点火コイル７を制御し高応答である点火時期を遅角することによりエンジンのトルクを減少させ、エンジンのトルクを調整する。このように、エンジンのトルクが変化することによるエンジン回転数の目標エンジン回転数からの乖離を防ぐ。

次に、図４のＴ２からＴ３においては、コンプレッサが駆動することにより外部負荷が増加するため、高応答である点火時期を進角しエンジンのトルクを増加するとともに、吸入空気量を減少させることにより、エンジンのトルクを減少させ、エンジンのトルクを調整する。このように、エンジンのトルクが変化することによるエンジン回転数の目標エンジン回転数からの乖離を防ぐ。

図５は、触媒３０の早期昇温が要求される冷機始動時に、エンジンのアイドル状態かつエアコンが停止中にエアコンが動作状態に遷移した際の従来技術の処理の一例を示したタイミングチャートである。

図４の説明で記述したように、図５のエンジン回転数が上限閾値以下および下限閾値以上のとき、アイドル状態であると判定し、図４のＴ１において、エアコンスイッチがオンになったとき、一定時間後のＴ２において、コンプレッサはプーリーおよびベルトを介してエンジン１によって駆動されるために、エンジンの外部負荷が増加する。エンジンの外部負荷の増加を補うために、低応答である電制スロットル１８を制御し吸入空気量を増加しエンジンのトルクを増加するが、点火時期は触媒の早期昇温のために既に大きく遅角した状態であり、点火時期を遅角すると失火限界となってしまうため、点火時期の遅角によりエンジンのトルクを十分に調整することができなく、エンジンのトルクが増加し、エンジン回転数が目標エンジン回転数から乖離してしまい、乗車性がわるくなってしまうという課題があった。

図６は、図３に示す吸入空気量補正値演算部３０８で吸入空気量補正値を演算する際に参照する、湿度と吸入空気量補正値の関係を示すテーブルの一例である。補機としてのエアコンは湿度が低下することによって、一定の出力を得るために必要なトルクが低下するため、湿度が低いほど吸入空気量補正値を小さい値としている。この吸入空気量補正値を用いることにより、湿度が低くなるにしたがって吸入空気量が少なくなるように補正する。湿度が高いときには吸入空気量補正値を負の方向に大きくするように、湿度が低いときには吸入空気量補を０に近くなるよう設定する。言い換えれば、湿度が高いときには吸入空気量補正値により最終吸入空気量を大きく減少し、湿度が低いときには吸入空気量補正値により最終吸入空気量を小さく減少する。

図７は、触媒３０の早期昇温が要求される冷機始動時に、エンジンのアイドル状態かつエアコンが停止中にエアコンが動作状態に遷移した際の本技術の処理（ＥＣＵ９の吸入空気量補正値演算部３０８で演算した吸入空気量補正値を利用した制御処理）の一例を示したタイミングチャートである。

図５の説明で記述したように、図７のエンジン回転数が上限閾値以下および下限閾値以上のとき、アイドル状態であると判定する。図７のＴ１において、エアコンスイッチがオンになったとき、一定時間後のＴ２において、コンプレッサはプーリーおよびベルトを介してエンジン１によって駆動されるために、エンジンの外部負荷が増加する。図７のＴ１からＴ２において、コンプレッサが駆動したことによる外部負荷の増加を補う吸入空気量を増加するが、前述したように補機としてのエアコンは湿度が低下することによって、一定の出力を得るために必要なトルクが低下する。そのため、ＥＣＵ９の吸入空気量補正値演算部３０８において、図６で示した補正値テーブルを参照し、吸入空気量補正値を演算し、吸入空気量を補正する。吸入空気量を補正することにより、最終吸入空気量は図７の点線部から実線部の値に減少する。最終吸入空気量を湿度に応じた適切な値に補正することで、吸入空気量の増加によるエンジンのトルクの増加を、点火時期の遅角により調整することができるようになり、エンジンのトルクが安定する。このように、エンジンのトルクの増加による、エンジン回転数の目標エンジン回転数からの乖離を抑止することができ、乗車性を保つことができる。また、図Ｔ２からＴ３においては、既にコンプレッサ駆動状態となっているため、吸入空気量の補正は行わない。

図８は、図１に示すＥＣＵ９による制御処理における吸入空気量補正値の演算処理手順を説明したフローチャートである。図８に示す演算処理は、予め定められた演算周期で繰り返し実行される。すなわち、ステップＳ８００からステップＳ８０６までの処理は、図１に示すＥＣＵ９によって予め定められた演算周期で繰り返し実行される（例えば、所定の時間である１ｍｓ毎や、所定のクランク角度である６ｄｅｇ毎）。また、図１に示すＥＣＵ９への各種装置からの割込み処理を契機として演算するものとしても良い。

まず、ステップＳ８００では、アイドル判定部３０５にて、アクセル開度センサ２２から得られるアクセル開度、前述の回転数演算部３０１で演算したエンジン回転数、負荷演算部３０２で演算したエンジンの負荷を基に、エンジン１がアイドル状態か否かを判定する。

次いで、ステップＳ８０１では、吸入空気量補正値演算部３０８にて、ステップＳ８００で判定した判定結果からエンジン１がアイドル状態であるかを判断し、エンジン１がアイドル状態である場合は、ステップＳ８０２に進む。一方で、アイドル状態でない場合は、ステップＳ８０６に進み、吸入空気量補正値を０として本演算処理を終了する。

次に、ステップＳ８０２では、エアコン動作状態検知部３０４にて、エアコンＣＵ２７から得られるエアコンシステム情報を基に、エアコンが動作中か否かを判定する。

次いで、ステップＳ８０３では、吸入空気量補正量演算部３０８にて、ステップＳ８０２で判定した判定結果からエアコンが停止中かを判断し、エアコンが停止中である場合は、ステップＳ８０４に進み、エアコン（補機）が停止中に吸入空気量を補正する。一方で、エアコンが動作中である場合は、ステップＳ８０６に進み、吸入空気量補正値を０として本演算処理を終了する。

次に、ステップＳ８０４では、湿度検知部３０３にて、湿度センサ２８から得られる吸入空気の湿度情報を基に、吸入空気の湿度を検知する。

なお、上記した、ステップＳ８００及びＳ８０１、ステップＳ８０２及びＳ８０３、ステップＳ８０４は順不同である。

次に、ステップＳ８０５では、吸入空気量補正値演算部３０８にて、ステップＳ８０４で検知した湿度を基に、吸入空気量補正値を演算する。前述したように、湿度が高いときには吸入空気量補正値を負の方向に大きくするように、湿度が低いときには吸入空気量補を０に近くなるよう設定する。言い換えれば、湿度が高いときには吸入空気量補正値により最終吸入空気量を大きく減少し、湿度が低いときには吸入空気量補正値により最終吸入空気量を小さく減少する。

そして、図８に示す演算処理により演算された吸入空気量補正値を基に、最終吸入空気量演算部３０８にて、基本吸入空気量を補正して最終吸入空気量を演算するとともに、最終吸入空気量の増加により増加した分のトルクが減少するように点火時期を調整する。

これにより、エンジン１のトルクは安定し、エンジン１の回転数変動を抑えることができる。また、エンジン１のアイドル状態の時に、湿度の変化によって一定の出力を得るために必要なトルクが変化するエアコンといった補機類が作動しても、エンジン１の回転数の変動を防止することができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形形態が含まれる。例えば、上記した実施形態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。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１…エンジン（内燃機関）
２…ピストン
３…吸気弁
４…排気弁
５…燃料噴射弁
６…点火プラグ
７…点火コイル
９…ＥＣＵ
１０…吸気管
１１…排気管
１２…エアフロセンサ
１５…コレクタ
１６…クランク角センサ
１８…電制スロットル
１９…スロットル弁
２１…燃焼室
２２…アクセル開度センサ
２３…燃料タンク
２５…高圧燃料ポンプ
２７…エアコンＣＵ
２８…湿度センサ
２９…エアコンスイッチ
３０…触媒
３１…空燃比センサ
３２…空燃比センサ
３０１…回転数演算部
３０２…負荷演算部
３０３…湿度検知部
３０４…エアコン動作状態検知部（補機動作状態検知部）
３０５…アイドル判定部
３０６…点火時期演算部
３０７…基本吸入空気量演算部
３０８…吸入空気量補正値演算部
３０９…最終吸入空気量演算部

Claims (3)

1. 内燃機関の回転数を制御する内燃機関の制御装置であって、
   空気の湿度を検知する湿度検知部と、
   前記内燃機関のトルクを利用して駆動されると共に、前記空気の湿度に応じて一定の出力を得るために必要な負荷トルクが変化する補機の動作状態を検知する補機動作状態検知部と、
   排気通路に設置される触媒を前記内燃機関の点火時期の遅角により昇温する手段と、を備え、
   触媒昇温状態において、前記空気の湿度及び前記補機の動作状態に基づいて前記内燃機関の吸入空気量を補正し、補正後の吸入空気量あるいは前記内燃機関のトルクに応じて前記内燃機関の点火時期を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記制御装置は、前記空気の湿度が低くなるに従って、前記吸入空気量を減少方向に補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記制御装置は、前記補機が停止中に前記吸入空気量を補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。

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