JP3936090B2 - 車両用エンジンのスロットル制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクセルペダルの操作量に応じてスロットルバルブの開度を制御する車両用エンジンのスロットル制御装置に関するものである。
【０００２】
【関連する背景技術】
周知のように、車両用のエンジンに用いられるガソリンは、オクタン価に応じてプレミアムガソリンとレギュラーガソリンに大別でき、プレミアムガソリン指定車両では、同ガソリンの耐ノック性を最大限に発揮させるべくエンジンの圧縮比や点火時期等が設定されて、高出力化を達成している。しかしながら、プレミアムガソリン指定車であってもレギュラーガソリンが補給される場合もあるため、そのような場合を想定して、プレミアムガソリン指定車ではノックセンサの検出情報に基づいてノッキングの有無を判定し、ノック判定を下したときに点火時期をリタードしてノッキングを抑制する機能を備えている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、点火時期のリタードはエンジン出力の低下を招くため、プレミアムガソリン使用時と同様の加速性能を得るためには、運転者はアクセルをより大きく踏込み操作する必要がある。つまり、運転者がプレミアムガソリン使用時とレギュラーガソリン使用時とで同様のアクセル操作を行った場合、プレミアムガソリン使用時（リタード小）に比較してレギュラーガソリン使用時（リタード大）は車両の加速性が低下してしまい、アクセル操作に違和感を与えてしまうという問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、使用燃料の種別に関係なくアクセル操作量に対してほぼ同等の車両の加速性を実現し、もって、運転者のアクセル操作感を向上させることができる車両用エンジンのスロットル制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明では、アクセル操作量を検出するアクセル操作量検出手段と、スロットル開度を調整するスロットル調整手段と、予め設定されたアクセル操作量に対するスロットル開度特性に従って、アクセル操作量検出手段にて検出されたアクセル操作量に基づきスロットル調整手段の作動を制御するスロットル制御手段と、ノッキングを抑制すべく点火時期制御手段にて上記エンジンのノッキング発生状況から学習されてリタード制御に適用される学習値が遅角側であるほど、スロットル制御手段によるスロットル開度を開側に補正するスロットル開度補正手段とを備えたものである。例えば、使用中のガソリンのオクタン価が低くてノッキングが発生し易いほど、点火時期制御手段により遅角側の学習値が学習されて、この学習値に基づいて点火時期が遅角化されるが、このときの学習値に応じてスロットル開度が開側に補正されることから、遅角化によるエンジン出力の低下が補償されて、同一アクセル操作量であってもほぼ等しいエンジン出力が維持される。
また、請求項２の発明では、使用ガソリンの種別に対応して予め特性設定されたレギュラー用点火時期マップ及びハイオク用点火時期マップを有し、両点火時期マップを補間処理して基本点火時期を算出し、基本点火時期とエンジンのノッキング発生状況から求めたノックリタード量とに基づいてエンジンの点火時期を制御する点火時期制御手段と、点火時期制御手段の補間処理に適用される補間係数をノックリタード量に基づいて学習する学習手段と、運転者によるアクセル操作量を検出するアクセル操作量検出手段と、エンジンのスロットル開度を調整するスロットル調整手段と、レギュラー用点火時期マップ及びハイオク用点火時期マップに基づく点火時期制御によるエンジン出力の格差を補償可能なように、予めアクセル操作量に対するスロットル開度特性が設定されたレギュラー用スロットル開度マップ及びハイオク用スロットル開度マップを有し、両スロットル開度マップを補間係数により補間処理して目標スロットル開度を算出し、目標スロットル開度に基づきスロットル調整手段の作動を制御するスロットル制御・補正手段とを備えたものである。
従って、レギュラー用点火時期マップ及びハイオク用点火時期マップを補間処理して基本点火時期が算出され、この基本点火時期とノッキング発生状況から求めたノックリタード量とに基づきエンジンの点火時期が点火時期制御手段により制御されると共に、補間処理に適用される補間係数がノックリタード量に基づいて学習手段により学習される。一方、レギュラー用点火時期マップ及びハイオク用点火時期マップに基づく点火時期制御によるエンジン出力の格差を補償可能なようにレギュラー用スロットル開度マップ及びハイオク用スロットル開度マップが設定されており、両スロットル開度マップが補間係数に基づき補間処理されて目標スロットル開度が算出され、目標スロットル開度に基づきスロットル制御・補正手段によりスロットル調整手段の作動が制御される。
即ち、目標スロットル開度の補間処理は、基本点火時期の場合と共通の補間係数を適用して行われ、このとき用いられるレギュラー用スロットル開度マップ及びハイオク用スロットル開度マップは、レギュラー用点火時期マップ及びハイオク用点火時期マップに基づく点火時期制御によるエンジン出力の格差を補償可能なように設定されているため、エンジン出力の格差が補償されて、同一アクセル操作量であってもほぼ等しいエンジン出力が維持される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を筒内噴射型ガソリンエンジンのスロットル制御装置に具体化した一実施例を説明する。
図１の全体構成図において、１は自動車用の筒内噴射型ガソリンエンジンであり、燃焼室２や吸気系等が筒内噴射専用に設計されている。このエンジン１はプレミアムガソリンを前提として圧縮比等が設定されているため、エンジン１を搭載した車両にはプレミアムガソリンの使用が指定されている。エンジン１のシリンダヘッド３には、各気筒毎に点火プラグ４と共に電磁式の燃料噴射弁５が取り付けられており、図示しない燃料ポンプから供給された高圧燃料が、燃料噴射弁５より燃焼室２内に直接噴射されるようになっている。
【０００７】
シリンダヘッド３には吸気ポート６が略直立方向に形成され、この吸気ポート６には吸気通路７が接続されている。吸気通路７には吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ８が設けられ、スロットルバルブ８はモータ９により開閉駆動されるようになっている。吸気通路７から取入れられた吸入空気は、スロットルバルブ８を経て吸気弁１０の開弁に伴って吸気ポート６から燃焼室２内に導入され、その吸入空気中に燃料噴射弁５から燃料が噴射されて、点火プラグ４の点火により燃焼する。
【０００８】
又、シリンダヘッド３には排気ポート１５が略水平方向に形成され、この排気ポート１５には排気通路１６が接続されている。燃焼後の排ガスは、排気弁１７の開弁に伴って燃焼室２から排気ポート１５、排気通路１６、及び図示しない触媒や消音器を経て大気中に排出される。
車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ，ＢＵＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（エンジン制御ユニット）２１が設置されており、エンジン１の総合的な制御を行う。ＥＣＵ２１の入力側には、運転者によるアクセルペダルの操作量Ａccを検出するアクセル操作量検出手段としてのアクセルセンサ２２、所定クランク角毎にクランク角信号を出力するクランク角センサ２３、燃料の燃焼に伴ってノッキングが発生したときの振動を検出するノックセンサ２４等の各種センサ類が接続されて、それらの検出情報が入力されるようになっている。
【０００９】
ＥＣＵ２１の出力側には、前記した点火プラグ４がイグナイタ２５及び点火コイル２６を介して接続されると共に、燃料噴射弁５が接続されている。又、ＥＣＵ２１の出力側には、ＥＴＶ−ＣＵ（電子スロットルバルブ制御ユニット）２７が接続され、ＥＴＶ−ＣＵ２７の入力側にはスロットルバルブ８の開度θthを検出するスロットルポジションセンサ２８が接続され、出力側には上記したモータ９が接続されている。本実施例では、ＥＴＶ−ＣＵ２７とモータ９がスロットル調整手段として機能する。
【００１０】
ＥＣＵ２１は、各センサからの検出情報に基づいて燃料噴射モード（後述するように、燃料噴射を行う行程を表す）及び燃料噴射時間を決定して、燃料噴射弁５を駆動制御する。又、各センサからの検出情報に基づいて基本点火時期θBを決定すると共に、その基本点火時期θBやノッキングの発生に応じたノックリタード量θk等から点火時期Ｔigを決定して、イグナイタ２５を駆動制御する。更に、各センサからの検出情報に基づいて目標平均有効圧Ｐeを決定すると共に、その目標平均有効圧Ｐeとエンジン回転速度Ｎeとから目標スロットル開度Ｔθthを決定してＥＴＶ−ＣＵ２７側に出力し、その情報に基づいてＥＴＶ−ＣＵ２７がモータ９を駆動制御する。
【００１１】
ＥＣＵ２１の記憶装置内には、上記した燃料噴射制御、点火時期制御、スロットル開度制御に使用する各種パラメータを決定するためのマップが記憶されている。ここで、本発明の要旨と相関するマップとしては、点火時期制御及びスロットル開度制御に用いるマップが挙げられるため、以下、これらのマップの設定状況を説明する。
【００１２】
図２はＥＣＵ２１のスロットル開度制御及び点火時期制御の機能を模式的に示すブロック図である。この図に示すように、点火時期制御に関しては、基本点火時期θBを決定するために２種のマップMAP-θBP，MAP-θBRが記憶されている。これらのマップMAP-θBP，MAP-θBRはガソリンの種別（プレミアムガソリンとレギュラーガソリン）に対応して設定され、図示はしないが、プレミアム用マップMAP-θBPに比較してレギュラー用マップMAP-θBRでは、ノッキングを抑制するために、より遅角側の基本点火時期θBRを決定するように設定されている。
【００１３】
スロットル開度制御に関しては、目標平均有効圧Ｐeを決定するための１種のマップMAP-Ｐe、及びその目標平均有効圧Ｐeを用いて目標スロットル開度Ｔθthを決定するための２種のマップMAP-θthP，MAP-θthRが記憶されている。上記した基本点火時期θBのマップMAP-θBP，MAP-θBRと同じく、目標スロットル開度ＴθthのマップMAP-θthP，MAP-θthRはガソリンの種別に対応して設定されている。
【００１４】
図示はしないが、プレミアム用マップMAP-θthPに比較してレギュラー用マップMAP-θthRでは、より大きな目標スロットル開度Ｔθthを決定するように設定され、後に詳述するように、その特性は、基本点火時期θBを決定するマップMAP-θBP，MAP-θBRでの点火時期の遅角化によるエンジン出力の低下分を補償可能なように設定されている。
【００１５】
次に、以上のように構成されたスロットル制御装置によって実行されるスロットル開度制御の実行状況を説明する。
ＥＣＵ２１の記憶装置内には前回の運転時に用いたノック補間係数Ｋkがバッテリバックアップされており、エンジン１が始動されると、ＥＣＵ２１の点火時期制御部では、そのノック補間係数Ｋkを記憶装置から読み出して、次式(1)に従ってマップMAP-θBP，MAP-θBR間の補間処理を実行して、基本点火時期θBを求める。
【００１６】
θB＝ＫkθBP＋（１−Ｋk）θBR………(1)
ここに、θBPはプレミアム用のマップMAP-θBPから求めた基本点火時期、θBRはレギュラー用のマップMAP-θBRから求めた基本点火時期である。尚、各マップMAP-θBP，MAP-θBRでは、エンジン回転速度Ｎe及び体積効率ＥＶに基づいて基本点火時期θBP，θBRを決定している。そして、ＥＣＵ２１は、得られた基本点火時期θBに各種補正量を加算して点火時期Ｔigを算出し、その点火時期Ｔigに基づいてイグナイタ２５を駆動制御する。
【００１７】
この処理と並行して、ＥＣＵ２１はノックセンサ２４の出力信号に基づいてノッキングが発生しているか否かを判定し、その判定結果に応じて設定したノックリタード量θkを前記した点火時期Ｔigの算出に用いる。即ち、周知のように、点火直後に定められた判定期間内においてノックセンサ２４の出力信号が所定閾値を越えたときにノッキング発生と見なし、ノックリタード量θkを増加設定して点火時期Ｔigを遅角側に補正する。この制御の繰り返しによりノッキングが抑制されて、点火時期Ｔigはノッキング発生直前の値に保持される。本実施例では、以上の遅角処理を実行するときのＥＣＵ２１が、点火時期制御手段として機能する。
【００１８】
このときのノックリタード量θkの設定状況に基づいて、ＥＣＵ２１は前記したノック補間係数Ｋkの学習処理を実行する。その実行条件は、エンジン１の燃料噴射モードに応じて設定されている。詳細は説明しないが、筒内噴射型エンジン１では通常の吸気行程噴射モードに加えて、４０程度の極めてリーンな空燃比での燃焼（層状燃焼）を行う圧縮行程噴射モードを実行可能であり、これらの燃料噴射モードはエンジン１の目標平均有効圧Ｐe（負荷を表す）とエンジン回転速度Ｎeに基づいて切換えられる。具体的には、低負荷・低回転域では燃費節減のために圧縮行程噴射モードを実行し、より高い領域では吸気行程噴射モードに切換えて、負荷及び回転速度の増加に伴って空燃比をリーン（リーンモード）、理論空燃比（Ｓ−Ｆ／Ｂモード）、リッチ（Ｏ／Ｌモード）に順次変化させる。
【００１９】
前記したノック補間係数Ｋkの学習処理は、低負荷でノッキング頻度が低い圧縮行程噴射モードを避けて、吸気行程噴射モードにおいて実行される。図３に示すように、吸気行程噴射モード中の各モード、及びノックリタード量θkによる点火時期Ｔigの補正方向の組み合わせに応じて、エンジン回転速度Ｎeの関数として異なるノック学習判定値ＥＶ0が予め設定されている。吸気行程噴射モードの実行時において、その時点の体積効率ＥＶをエンジン回転速度Ｎeと図示しないエアフローセンサ（空気量センサ）出力とに基づいてＥＣＵ２１内で算出し、算出した体積効率ＥＶがノック学習判定値ＥＶ0以上（ＥＶ≧ＥＶ0）のときに、学習条件が成立したと判断する。
【００２０】
学習条件が成立すると、ＥＣＵ２１は、その時点のノックリタード量θkを予め設定された閾値θ0と比較し、ノックリタード量θkが閾値θ0以上（θk≧θ0）のときにはノック補間係数Ｋkを減少して、基本点火時期θBを遅角側に補正し、閾値θ0未満（θk≦θ0）のときにはノック補間係数Ｋkを増加して、基本点火時期θBを進角側に補正し、前記式(1)から算出される基本点火時期θBの最適化を図る。従って、使用中のガソリンのオクタン価が低くてノッキングが発生し易いほど、ノック補間係数Ｋkが小さな値に学習されて遅角側の基本点火時期θBが決定されるため、エンジン出力としては低下することになる。このようにノック補間係数Ｋkは、使用ガソリンの種別を表す指標と見なすことができる。
本実施例では、以上のノックリタード量θ k に基づきノック補間係数Ｋ k を学習するときのＥＣＵ２１が、学習手段として機能する。
【００２１】
一方、ＥＣＵ２１のスロットル開度制御部では、アクセルセンサ１２にて検出されたアクセル操作量Ａcc、及びクランク角センサ２３のクランク角信号から算出したエンジン回転速度Ｎeに基づき、マップMAP-Ｐeに従って目標平均有効圧Ｐeを決定する。更に、前記したノック補間係数Ｋkを用いて、次式(2)に従ってマップMAP-θthP，MAP-θthR間の補間処理を実行して、目標スロットル開度Ｔθthを求める。
【００２２】
Ｔθth＝ＫkTθthP＋（１−Ｋk）TθthR………(2)
ここに、TθthPはプレミアム用のマップMAP-θthPから求めた目標スロットル開度、TθthRはレギュラー用のマップMAP-θthRから求めた目標スロットル開度である。尚、各マップMAP-θthP，MAP-θthRでは、エンジン回転速度Ｎe及び目標平均有効圧Ｐeに基づいて目標スロットル開度Ｔθthを決定している。ＥＣＵ２１は求めた目標スロットル開度ＴθthをＥＴＶ−ＣＵ２７に入力し、ＥＴＶ−ＣＵ２７は、この目標スロットル開度Ｔθthとスロットルポジションセンサ２８にて検出されたスロットル開度θthとに基づいてフィードバック制御を行って、実際のスロットル開度θthを目標スロットル開度Ｔθthに調整する。
【００２３】
以上のように、目標スロットル開度Ｔθthの補間処理は、基本点火時期θBの場合と共通のノック補間係数Ｋkを適用して行われ、このとき用いられるマップMAP-θthP，MAP-θthRは、基本点火時期θBの遅角化による出力低下の相当分だけ大きな目標スロットル開度Ｔθthを算出するように、その特性が設定されている。
【００２４】
従って、例えばレギュラーガソリンの使用時には、ノッキング抑制のために基本点火時期θBがかなり遅角側に設定されるが、それに応じて大きな目標スロットル開度Ｔθthが設定されて実際のスロットル開度θthが開側に補正されるため、遅角化によるエンジン出力の低下が補償されて、同一のアクセル操作量Ａccであってもほぼ等しいエンジン出力が維持される。その結果、プレミアムガソリン使用時と同じアクセル操作により同様の加速性が実現され、運転者は違和感を抱くことなく同じ感覚でアクセル操作でき、アクセル操作感を大幅に向上させることができる。
【００２５】
本実施例では、以上のアクセル操作量Ａ cc から求めた目標平均有効圧Ｐ e に基づき目標スロットル開度Ｔθ th を算出するときのＥＣＵ２１が、スロットル制御手段或いはスロットル制御・補正手段として機能し、ノック補間係数Ｋ k によりマップ MAP- θ thP ， MAP- θ thR 間の補間処理を実行するときのＥＣＵ２１が、スロットル開度補正手段或いはスロットル制御・補正手段として機能する。
以上で実施例の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施例に限定されるものではない。例えば、上記実施例では筒内噴射型ガソリンエンジン１のスロットル制御装置として具体化したが、吸気ポート内に燃料噴射する通常のエンジンに適用するスロットル制御装置に具体化してもよい。
【００２６】
又、上記実施例ではノックリタード量θkから学習したノック補間係数Ｋkを利用して、マップMAP-θthP，MAP-θthR間を補間処理することにより目標スロットル開度Ｔθthを求めたが、要は使用燃料を変更したことで発生する点火時期Ｔigの遅角化によるエンジン出力の低下を補償可能な目標スロットル開度Ｔθthを決定できさえすれば、その処理内容は限定されることはない。従って、例えばノック補間係数Ｋkを利用せず、ノックリタード量θkに応じて設定した補正係数により、プレミアム用のマップMAP-θthPから求めた目標スロットル開度TθthPを開側に補正するように構成してもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の車両用エンジンのスロットル制御装置によれば、使用燃料の種別に関係なくアクセル操作量に対してほぼ同等の車両の加速性を実現し、もって、運転者のアクセル操作感を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の車両用エンジンのスロットル制御装置を示す全体構成図である。
【図２】ＥＣＵのスロットル開度制御及び点火時期制御の機能を模式的に示すブロック図である。
【図３】ノック学習判定値の設定条件を示す説明図である。
【符号の説明】
１ エンジン
９ モータ（スロットル調整手段）
２１ ＥＣＵ（スロットル開度補正手段、点火時期制御手段、
スロットル制御手段、スロットル制御・補正手段）
２２ アクセルセンサ（アクセル操作量検出手段）
２７ ＥＴＶ−ＣＵ（スロットル調整手段）
Ｋk ノック補正係数（制御量）

Claims (2)

1. 運転者によるアクセル操作量を検出するアクセル操作量検出手段と、
   エンジンのスロットル開度を調整するスロットル調整手段と、
   予め設定されたアクセル操作量に対するスロットル開度特性に従って、上記アクセル操作量検出手段にて検出されたアクセル操作量に基づき上記スロットル調整手段の作動を制御するスロットル制御手段と、
   ノッキングを抑制すべく点火時期制御手段にて上記エンジンのノッキング発生状況から学習されてリタード制御に適用される学習値が遅角側であるほど、上記スロットル制御手段によるスロットル開度を開側に補正するスロットル開度補正手段と
   を備えたことを特徴とする車両用エンジンのスロットル制御装置。
2. 使用ガソリンの種別に対応して予め特性設定されたレギュラー用点火時期マップ及びハイオク用点火時期マップを有し、両点火時期マップを補間処理して基本点火時期を算出し、該基本点火時期とエンジンのノッキング発生状況から求めたノックリタード量とに基づいて上記エンジンの点火時期を制御する点火時期制御手段と、
   上記点火時期制御手段の補間処理に適用される補間係数を上記ノックリタード量に基づいて学習する学習手段と、
   運転者によるアクセル操作量を検出するアクセル操作量検出手段と、
   上記エンジンのスロットル開度を調整するスロットル調整手段と、
   上記レギュラー用点火時期マップ及びハイオク用点火時期マップに基づく点火時期制御によるエンジン出力の格差を補償可能なように、予めアクセル操作量に対するスロットル開度特性が設定されたレギュラー用スロットル開度マップ及びハイオク用スロットル開度マップを有し、両スロットル開度マップを上記補間係数により補間処理して目標スロットル開度を算出し、該目標スロットル開度に基づき上記スロットル調整手段の作動を制御するスロットル制御・補正手段と
   を備えたことを特徴とする車両用エンジンのスロットル制御装置。

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