JP4736485B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気エネルギーを利用して過給を行うターボ過給機を備えた内燃機関の制御に関する。

ガソリン内燃機関に代表される自動車用の内燃機関に、排気エネルギーを利用して過給を行うターボ過給機を適用した場合、周知のように、無過給状態（過給圧が大気圧未満の状態）からの加速時に、過給圧上昇の応答遅れ、いわゆるターボラグを招くという課題がある。このような課題に対し、例えば特許文献１では、無過給状態からの加速時に混合比のリッチ化を行う技術が開示されている。
特開２０００−９７０８０号公報

しかしながら、このような混合比のリッチ化は、加速応答性を改善できる反面、燃費の低下などの問題を招くものである。従って、混合比のリッチ化は、機関運転状態や運転者による加速要求度合いなどに応じて適切に行われるべきであり、更なる改良が望まれていた。本発明は、このような課題に鑑みてなされたものである。

本発明は、排気エネルギーを利用して過給を行うターボ過給機を備える内燃機関において、運転者により操作されるアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度検出手段と、このアクセル開度の変化度合いを求める手段と、これらアクセル開度とその変化度合いとに基づいて、アクセル開度とその変化度合いとにより定まる第１判定点と、この第１判定点よりもアクセル開度が大きくその変化率が小さい第２判定点と、を結ぶ判定ラインよりもアクセル開度及びその変化率の大きい燃料増量領域であるかを判定する判定手段と、上記ターボ過給機による過給圧を検出する手段と、上記燃料増量領域と判定され、かつ、上記過給圧が要求過給圧未満である場合に、目標混合比を理論混合比よりもリッチ側に変更する混合比変更手段と、上記過給圧が要求過給圧以上の場合に、上記混合比変更手段による目標混合比のリッチ化を禁止する手段と、を有することを特徴としている。

このような本発明によれば、周知のアクセル開度センサのようなアクセル開度検出手段を利用した簡素な構成で、無過給状態から過給状態への加速過渡期のような運転状態を燃料増量領域として精度良く判定し、混合比のリッチ化を行うことにより加速応答性を有効に向上することができる。

以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、この発明に係る内燃機関の一実施例として、ターボ過給機を備えた火花点火式のガソリン内燃機関の構成を簡略的に示している。シリンダブロック１には複数（この例では４つ）のシリンダ２が直列に配置されており、各シリンダ２内にピストンが摺動可能に嵌合している。シリンダ２へ空気を供給する吸気通路３には、吸気量を調整するスロットル弁４が配置され、その上流側には、ターボ過給機９、具体的にはそのコンプレッサ９ａが介装されている。このコンプレッサ９ａを駆動する排気タービン９ｂは排気通路５に介装されている。また、吸気通路３のスロットル弁４の下流側に、過給圧を検出する過給圧センサ１２が配設されている。

過給圧を調整する手段として、例えばこの実施例では排気タービン９ｂの出口側と入口側とが排気バイパス通路１０により接続されており、この通路１０に電子制御型のウエストゲートバルブ１１が介装されている。このウエストゲートバルブ１１は、過給圧を所定の特性に保つように機関高速側で開かれるものである。

コントロールユニット１３には、運転者により操作されるアクセルペダル１７の開度を検出するアクセル開度センサ１８によるアクセル開度ＡＰＯ、回転数センサ１５による機関回転数、エアフローメータ１６による吸入空気量、上記過給圧センサ１２による過給圧の他、冷却水温や油圧等の検出信号が入力される。そして、コントロールユニット１３は、これらの機関運転状態を表す各種検出信号に基づいて、燃料噴射弁や点火栓へインジェクタ信号１９や点火信号２０を出力して、燃料噴射時期、燃料噴射量及び点火時期などを制御する。

図２は、本実施例に係る制御の流れを示すフローチャートである。先ず、ステップ（図では「Ｓ」と記す）１では、アクセル開度ＡＰＯの変化度合い、具体的には変化率ΔＡＰＯを算出し、この変化率ΔＡＰＯが所定の判定値ΔＡＰＯ１以上であるかを判定する。この変化率ΔＡＰＯは、例えば、今回のアクセル開度とその所定期間（例えば１０ｍｓ）前のアクセル開度との差分により求めることができる。

ステップ２では、アクセル開度ＡＰＯとその変化率ΔＡＰＯとに基づいて、所定の燃料増量領域Ｚであるかを判定する。この判定は、例えば図３に示すように予め設定・記憶された燃料増量領域判定マップを参照して行うことができる。この図３に示すように、燃料増量領域Ｚは、アクセル開度ＡＰＯが所定の判定値ＡＰＯ１以上で、かつ、変化率ΔＡＰＯが所定の判定値ΔＡＰＯ１以上であることを条件としている。より詳しくは、燃料増量領域Ｚは、第１判定点（ＡＰＯ１，ΔＡＰＯ２）と、この第１判定点よりもアクセル開度が大きくその変化率が小さい第２判定点（ＡＰＯ２，ΔＡＰＯ１）とを結ぶ判定ラインＬ１よりもアクセル開度や変化率が大きい領域である。要するに、燃料増量領域Ｚは、アクセル開度ＡＰＯ及びその変化率ΔＡＰＯを組み合わせた運転者の加速要求度合いに相当し、後述するように、無過給状態（過給圧が大気圧未満の状態）から過給状態へ向かう状態、つまり過給圧の立ち上がり遅れ、いわゆるターボラグが特に問題となる加速過渡状態に精度良く合致している。

ステップ２で燃料増量領域Ｚであると判定されると、ステップ３〜５による出力混合比制御、つまり燃料増量制御が行われる。先ず、ステップ３では、エンジン回転数及び吸入空気量（トルク）とに基づいて、目標となる混合比を算出する（混合比変更手段）。このときの目標混合比は、少なくとも理論混合比よりもリッチ側（小側）に変更・設定される。例えば図４に示すように、理論混合比狙いの通常時の設定マップ（Ａ）とは異なる出力混合比狙いの増量時の設定マップ（Ｂ）を参照して、機関回転数及び機関トルク（吸入空気量）に基づいて目標混合比を設定すれば良い。あるいは、加速要求の度合い（アクセル開度ＡＰＯ及びその変化率ΔＡＰＯ）に基づいて、両マップを補間計算して目標混合比を求めるようにしても良い。なお、燃料増量領域Ｚ以外の運転領域では、例えば図４（Ａ）に示すような通常時の設定マップを利用して理論空燃比へ向けて空燃比が設定される。

ステップ４では、ステップ３により設定される目標混合比を考慮して、この目標混合比に最も適した目標点火時期を設定する。詳しくは、目標混合比のリッチ側への変更による燃料増量分に応じて、点火時期を進角側へ補正する。ステップ５では、上記の目標混合比及び目標点火時期に応じた燃料噴射量及び点火時期を設定する。このように設定された燃料噴射量及び点火時期となるように燃料噴射弁や点火栓が制御されることとなる。

ステップ６では、過給圧センサ１２により検出される過給圧が、所定の要求過給圧Ｐ１（図６参照）に達したかを判定する。この要求過給圧Ｐ１は、周知のようにアクセル開度ＡＰＯ等に基づいて設定される。そして、過給圧が要求過給圧Ｐ１に達したと判定されると、ステップ７へ進み、上記のステップ３〜５による出力混合比制御を中止して、通常時の理論混合比制御、つまり理論混合比へ向けた燃料・点火時期制御に切り換える。

このような本実施例を適用した場合のタイムチャートを図６に示す。同図に示すように、アクセル開度ＡＰＯ及びその変化率ΔＡＰＯに基づいて燃料増量領域Ｚであると判定されると、上述したように出力混合比制御つまり燃料増量制御が実施される。この燃料増量領域Ｚは、例えばアイドルや低負荷域からの急加速時やトーイング・連続登坂などの急加速時に無過給状態から過給状態へ移行する運転領域、つまりターボラグによる加速応答性の低下が特に問題となる加速過渡状態に精度良く合致している。従って、このような燃料増量領域Ｚで混合比のリッチ化を行うことにより、加速応答性を適切に向上することができる。しかも、アクセル開度の変化率ΔＡＰＯは複数のアクセル開度ＡＰＯを利用して求めることができるので、実質的にアクセル開度センサ１８により検出されるアクセル開度ＡＰＯのみを利用して燃料増量領域Ｚを判定することが可能であり、センサ類や制御負荷の簡素化を図ることができる。

また、過給圧力が要求過給圧Ｐ１に達したら、通常の理論混合比へ向けた制御へ戻している。すなわち図５の矢印Ｙ１に示すようにステップ３〜５による燃料増量制御Ｈ１によって過給圧がオーバーシュートし、通常燃料制御でも許容できるトルク要求値となった場合に、矢印Ｙ２に示すように燃料増量制御を終了して通常の燃料・点火時期制御へ復帰させている。このため、過度に燃料増量制御が継続されることがなく、燃費低下などの跳ね返りを最小限に抑制することができる。

好ましくは、定常状態で過給状態となるように機関回転数に応じて燃料増量領域Ｚとなるアクセル開度ＡＰＯを設定する。そして、このようなアクセル開度ＡＰＯとその変化率ΔＡＰＯとに基づいて燃料増量領域Ｚを判定することによって、この燃料増量領域Ｚを、過渡的にトルクが不足し易い領域、すなわち無過給状態から過給状態へ移行する加速過渡状態に更に精度良く合致させることができる。

また、図３に示すように、混合比のリッチ化度合い、つまり燃料の増量要求度合いに応じて、燃料増量領域Ｚを、更に複数の領域Ｚ１〜Ｚ３に分割しても良い。

以上の説明より把握し得る本発明の特徴的な技術思想を、その効果とともに列記する。但し、本発明は参照符号を付した実施例の構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲種々の変形・変更を含むものである。

（１）排気エネルギーを利用して過給を行うターボ過給機９を備える内燃機関において、運転者により操作されるアクセルペダル１７の開度ＡＰＯを検出するアクセル開度検出手段（アクセル開度センサ１８）と、このアクセル開度の変化度合い（変化率ΔＡＰＯ）を求める手段と、これらアクセル開度ＡＰＯとその変化度合いΔＡＰＯとに基づいて、所定の燃料増量領域Ｚであるかを判定する判定手段（ステップ２）と、上記燃料増量領域Ｚと判定された場合に、目標混合比を理論混合比よりもリッチ側に変更する混合比変更手段（ステップ３）と、を有する。

（２）好ましくは、上記ターボ過給機９による過給圧を検出する手段（過給圧センサ１２をと、上記過給圧が要求過給圧以上の場合に、上記混合比変更手段による目標混合比のリッチ化を禁止する手段（ステップ６，７）とを有する。

（３）上記燃料増量領域Ｚは、典型的には、アクセル開度ＡＰＯが所定値ＡＰＯ１以上で、かつ、その変化度合いΔＡＰＯが所定値ΔＡＰＯ１以上である。

（４）更に好ましくは、上記混合比変更手段による目標混合比のリッチ化に伴って、点火時期を進角側へ補正する（ステップ４）。

本発明の一実施例に係るターボ過給機を備えるガソリン内燃機関の制御装置を簡略的に示す構成図。 本実施例の制御の流れを示すフローチャート。 本実施例に係る燃料増量領域設定マップの一例を示す特性図。 通常時（Ａ）及び増量時（Ｂ）に対応する混合比特性図。 本実施例に係る増量制御状態から通常制御状態へ復帰する態様を示す説明図。 本実施例に係る制御を適用したときの各種特性値の変化を示すタイムチャート。

符号の説明

９…ターボ過給機
１２…過給圧センサ
１３…エンジンコントロールユニット
１８…アクセル開度センサ

Claims (2)

1. 排気エネルギーを利用して過給を行うターボ過給機を備える内燃機関において、
   運転者により操作されるアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度検出手段と、
   このアクセル開度の変化度合いを求める手段と、
   これらアクセル開度とその変化度合いとに基づいて、アクセル開度とその変化度合いとにより定まる第１判定点と、この第１判定点よりもアクセル開度が大きくその変化率が小さい第２判定点と、を結ぶ判定ラインよりもアクセル開度及びその変化率の大きい燃料増量領域であるかを判定する判定手段と、
   上記ターボ過給機による過給圧を検出する手段と、
   上記燃料増量領域と判定され、かつ、上記過給圧が要求過給圧未満である場合に、目標混合比を理論混合比よりもリッチ側に変更する混合比変更手段と、
   上記過給圧が要求過給圧以上の場合に、上記混合比変更手段による目標混合比のリッチ化を禁止する手段と、
   を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 上記混合比変更手段による目標混合比のリッチ化に伴って、点火時期を進角側へ補正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

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