JP4655737B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

希薄燃焼と理論空燃比の通常燃焼とを切り換えて実施する内燃機関が公知である。このような内燃機関に自動変速機を組み合わせた場合において、一般的な変速制御では、希薄燃焼時の加速要求に対して、燃焼の余裕駆動力が少ないために、直ぐにシフトダウンされ、ドライバビリティが悪化してしまう。この問題を解決するために、希薄燃焼時には自動変速機のシフトダウン制御を所定期間だけ禁止することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−２４９０１２ 特開２０００−５２８１７ 特開平２−１９７４３１

ところで、希薄燃焼の空燃比を、ＮＯ_Xの生成が抑制される所望リーン空燃比とすることが提案されている。このような希薄燃焼を実施する内燃機関において、ターボチャージャが設けられれば、スロットル弁開度が設定開度より大きい過給域では、過給によって多量の吸気を気筒内へ供給することができ、所望リーン空燃比での希薄燃焼の運転領域を高負荷側へ拡大することができる。

しかしながら、この場合において、希薄燃焼の過給域での比較的緩やかな加速時に、自動変速機がシフトアップされると、機関回転数が低下し、過給圧を高めて吸気量を増加させることができずに、シフトアップ後の希薄燃焼の空燃比が所望リーン空燃比よりリッチ側となってＮＯ_Xの生成量が急増することがある。

従って、本発明の目的は、ターボチャージャを備えて所望リーン空燃比での希薄燃焼を実施する内燃機関において、過給域での自動変速機のシフトアップ後に所望リーン空燃比の希薄燃焼が実施されずにＮＯ_X生成量が急増することを防止可能とする制御装置を提供することである。

本発明による請求項１に記載の内燃機関の制御装置は、ターボチャージャを備えて所望リーン空燃比での希薄燃焼である第一燃焼と理論空燃比又は理論空燃比よりリッチな空燃比での第二燃焼とを切り換えて実施する内燃機関の制御装置であって、前記第一燃焼が実施されている場合だけにおいて、スロットル弁開度が設定開度以上であって前記ターボチャージャによる過給圧が設定圧以下である時には、自動変速機のシフトアップを禁止することを特徴とする。

本発明による請求項１に記載の内燃機関の制御装置によれば、ターボチャージャを備えて所望リーン空燃比での希薄燃焼である第一燃焼と理論空燃比又は理論空燃比よりリッチな空燃比での第二燃焼とを切り換えて実施する内燃機関の制御装置であって、第一燃焼が実施されている場合だけにおいて、スロットル弁開度が設定開度以上であるにも係わらずに過給圧が設定圧以下である時には、タービン回転数が現在の変速比とスロットル弁開度とに対応した回転数まで上昇していない時であり、この時に自動変速機のシフトアップが実施されると、機関回転数の低下によってタービン回転数を高めることができなくなるために、この時にはシフトアップを禁止し、タービン回転数を上昇させて過給圧を設定圧より高くしてからシフトアップを実施する。それにより、シフトアップ後においても所望リーン空燃比での第一燃焼を実現することができ、ＮＯ_X生成量の急増を防止することができる。

図１は本発明による制御装置により制御される内燃機関を示す概略図である。同図において、１は機関本体であり、２は各気筒共通のサージタンクである。３はサージタンク２と各気筒とを連通する吸気枝管であり、４はサージタンク２の上流側の吸気通路である。吸気通路４におけるサージタンク２の直上流側にはスロットル弁５が配置されている。６は各気筒に連通する排気マニホルドである。

機関本体１において、７は吸気弁、８は排気弁、９はピストン、１０は点火プラグである。１１は各気筒内へ直接的に燃料を噴射するための第一燃料噴射弁であり、１２は各吸気枝管３に配置された第二燃料噴射弁である。

吸気通路４において、スロットル弁５の上流側にはターボチャージャ１３のコンプレッサ１３ａが配置され、コンプレッサ１３ａの上流側にはエアフローメータ１４が配置され、エアフローメータ１４の上流側はエアクリーナ（図示せず）を介して大気へ通じている。一方、排気マニホルド６の排気合流部下流側はターボチャージャ１３のタービン１３ｂに接続され、タービン１３ｂの下流側はＮＯ_X吸蔵還元触媒装置１５を介してマフラ（図示せず）に通じている。

本内燃機関は、第二燃料噴射弁１２によって吸気行程中（吸気同期）又は吸気行程開始前（吸気非同期）に燃料を噴射すると共に、第一燃料噴射弁１１によっても吸気行程で燃料を噴射し、気筒内に均質混合気を形成する均質燃焼を実施する。この均質燃焼の空燃比は、通常、理論空燃比よりリーンとされ、燃料消費を低減している。このような希薄燃焼では、多量のＮＯ_Xが生成されないような適当な所望リーン空燃比（例えば、２０）が選択されるが、それでもある程度のＮＯ_Xは生成されるために、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置１５により吸蔵してＮＯ_Xの大気放出量を十分に低減することが必要である。

第二燃料噴射弁１２から噴射された燃料は、吸気枝管３と吸気弁７との間の吸気ポート壁面等への衝突によって微粒化され、吸気と共に気筒内へ供給されるために、気筒内で容易に気化し、良好に均質化された均質混合気を形成するのに有利である。その一方で、吸気ポート壁面等への燃料付着によって所望量の燃料を正確に気筒内へ供給することは難しい。これに対して、第一燃料噴射弁１１から噴射される燃料は、気筒内で微粒化及び気化させなければならず、多量の燃料を点火までに気化させることは難しいが、所望量の燃料を正確に気筒内へ供給することができる。

それにより、必要燃料量が少なく所望量の燃料を確実に気筒内に供給することが望まれる機関低負荷時等には、主に第一燃料噴射弁１１により燃料を噴射し、必要燃料量が比較的多くなって未燃燃料の排出量が多くなり易い機関中負荷時には、主に第二燃料噴射弁１２により燃料を噴射することが好ましい。

さらに機関負荷が高くなって機関高負荷時になると、希薄燃焼では十分な機関出力を発生させることができず、理論空燃比（又は理論空燃比よりリッチな空燃比）での均質燃焼が実施される。この理論空燃比の均質燃焼の排気ガスを浄化するために、機関排気系に三元触媒装置を配置するようにしても良い。以下、リーン空燃比での燃焼を第一燃焼とし、理論空燃比での燃焼を第二燃焼とする。第二燃焼において、第一燃料噴射弁１１の燃料噴射割合を多くすると、気筒内での燃料気化に際して気筒内の吸気温度を低下させるために、吸気充填効率を高めることができる。

本内燃機関１は、ターボチャージャ１３を備えているために、その過給によって比較的多量の吸気を気筒内へ供給することができ、それにより、比較的多量の燃料が気筒内へ供給されても所望リーン空燃比での第一燃焼が可能となり、第一燃焼の運転領域を高負荷側へ拡大することができる。しかしながら、ターボチャージャ１３の過給によっても、機関高負荷時に必要な燃料量に対して所望リーン空燃比を実現する吸気量を気筒内へ供給することはできず、この理由によっても、機関高負荷時には第二燃焼が実施されることとなる。

こうして、比較的高負荷側の切換負荷を境に第一燃焼から第二燃焼へ切り換えられ、この時には、必要空気量が減少するために、アクセルペダルの踏み込み量が大きくても、スロットル弁５の開度を減少させなければならず、スロットル弁５は、アクセルペダルに機械的に連結されずに、別のアクチュエータによって自由に開度設定可能なものとされている。

本内燃機関１には自動変速機が組み合わされて使用される。自動変速機の変速比マップは、例えば、アクセルペダルの踏み込み量と機関回転数との組み合わせによって変速比を決定するものである。高い出力が得られる第二燃焼と、それほど高い出力が得られない第一燃焼とでは、それぞれに適した異なる変速比マップが設定されている。

ところで、前述したように、本内燃機関１にはターボチャージャ１３が取り付けられており、過給が実施されるために、第一燃焼及び第二燃焼のそれぞれの変速比マップにおいては、アクセルペダルの踏み込み量と機関回転数との組み合わせに対応した過給、すなわち、これら組み合わせの定常時の過給が実施された時の機関出力に基づき変速比が設定されている。

第一燃焼と第二燃焼とを比較すると、同じ燃料増量に対する必要吸気増量は、空燃比の大きな第一燃焼の方が多くなる。それにより、第二燃焼の加速時におけるスロットル弁開度の増加は、第一燃焼の加速時におけるスロットル弁開度の増加に比較して急激となるように制御される。それにより、ターボチャージャの応答遅れは、第二燃焼時に比較して第一燃焼時に顕著となる。

もちろん、第二燃焼の加速時にも多少のターボチャージャの応答遅れがあり、厳密には、加速時の各瞬間においてアクセルペダルの踏み込み量に対応した機関出力は得られない。しかしながら、第二燃焼時の変速比マップからのシフトアップ時期と同時に変速機のシフトアップが実施されても、シフトアップ後に多少の駆動力不足が感じられる程度であり、それほど問題とはならない。

これに対して、第一燃焼の加速時におけるターボチャージャの応答遅れは顕著であり、第一燃焼時の変速比マップからのシフトアップ時期と同時に変速機のシフトアップが実施されると、シフトアップ後には、スロットル弁開度は増加されるが、不十分な過給による吸気不足によって、空燃比が所望リーン空燃比よりリッチ側となり、ＮＯ_Xの生成量が急増してしまう問題が発生する。

この問題を解決するために、本発明による制御装置は、図２に示すフローチャートに従って第一燃焼時の変速機のシフトアップを制限している。本フローチャートは、設定時間又は設定クランク角度毎に繰り返されるものである。先ず、ステップ１０１において、第一燃焼時において、アクセルペダルの踏み込み量と機関回転数との組み合わせに基づきシフトアップ要求があるか否かが判断される。この判断が否定される時にはそのまま終了するが、肯定される時には、ステップ１０２において、現在のスロットル弁開度ＴＡが設定開度ＴＡ１以上であるか否かが判断される。この判断が否定される時には、ステップ１０５においてシフトアップが実施される。

一方、現在のスロットル弁開度ＴＡが設定開度ＴＡ１以上である時には、ターボチャージャ１３により過給が実施される過給域である。この時には、ステップ１０３において、現在の過給圧Ｐが設定圧Ｐ１以下であるか否かが判断される。図３は、第一燃焼の加速時における過給圧Ｐの変化を示すタイムチャートである。前述したように、第一燃焼の加速時においては、ターボチャージャの顕著な応答遅れが発生するために、実際のアクセルペダルの踏み込み量及び機関回転数に基づき時刻ｔ１にシフトアップ時期となっても、実際の過給圧はそれほど高くなっていない。

この時刻ｔ１において、シフトアップが実施されると、機関回転数は低下し、それに伴ってタービン回転数も低下するために、点線で示すように、過給圧Ｐはさらに低下してしまう。これでは、過給によって十分な吸気を気筒内へ供給することはできず、シフトアップ後の第一燃焼において、所望リーン空燃比を実現することはできず、機関出力が低下するだけでなく、所望リーン空燃比よりリッチな空燃比によってＮＯ_Xの生成量が急増してしまう。

それにより、本フローチャートでは、現在のスロットル弁開度ＴＡが設定開度ＴＡ１以上であって、現在の過給圧Ｐが設定圧Ｐ１以下である時には、ターボチャージャの応答遅れによって、マップ上のシフトアップ時期におけるアクセルペダル踏み込み量及び機関回転数にほぼ対応した過給圧が実現されていないとし、この時には、ステップ１０３の判断が肯定され、ステップ１０４においてシフトアップが禁止される。

また、現在のスロットル弁開度ＴＡが設定開度ＴＡ１以上であって、現在の過給圧Ｐが設定圧Ｐ１より高い時には、シフトアップ時期のアクセルペダル踏み込み量及び機関回転数にほぼ対応する過給圧が実現されており、この時には、ステップ１０３の判断が否定され、ステップ１０５においてシフトアップが実施される。

こうして、実際的には、アクセルペダルの踏み込み量及び機関回転数に基づくシフトアップ時期である時刻ｔ’より後に、過給圧Ｐが設定圧Ｐ１を超える時刻ｔとなってからシフトアップが実施されることとなる。シフトアップの直後には、機関回転数の低下に伴って過給圧Ｐも低下するが、スロットル弁の開度増加によって十分な吸気量を気筒内へ供給することができる。それにより、所望リーン空燃比での第一燃焼を実現することができ、機関出力の低下やＮＯ_Xの生成量の急増の問題が発生することはない。

このように、本実施形態は、第一燃焼の運転領域における過給域でのシフトアップ時に、過給圧が十分に高まって設定圧となるまでシフトアップを禁止するものである。もちろん、この過給域で複数のシフトアップが設定されている場合には、それぞれのシフトアップに対して、シフトアップ時期にほぼ対応する過給圧が実現されるまでシフトアップを禁止することが好ましい。また、第二燃焼においても多少のターボチャージャの応答遅れがあるために、第二燃焼時の運転領域における過給域でのシフトアップ時期にほぼ対応する過給圧が実現されるまでシフトアップを禁止するようにしても良い。この場合において、ターボチャージャの応答遅れは、第二燃焼の方が短いために、シフトアップを禁止する時間は第一燃焼の方が長くなる。

本発明による制御装置により制御される内燃機関を示す概略図である。 第一燃焼においてシフトアップを制限するためのフローチャートである。 第一燃焼の加速時における過給圧の変化を示すタイムチャートである。

符号の説明

１ 機関本体
１３ ターボチャージャ

Claims (1)

1. ターボチャージャを備えて所望リーン空燃比での希薄燃焼である第一燃焼と理論空燃比又は理論空燃比よりリッチな空燃比での第二燃焼とを切り換えて実施する内燃機関の制御装置であって、前記第一燃焼が実施されている場合だけにおいて、スロットル弁開度が設定開度以上であって前記ターボチャージャによる過給圧が設定圧以下である時には、自動変速機のシフトアップを禁止することを特徴とする内燃機関の制御装置。

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