JP5035285B2 - 過給機付き内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、過給機付き内燃機関の制御装置に関する。

過給機付き内燃機関が広く用いられている。過給機付き内燃機関は、小排気量で高出力を発生可能であるので、同排気量の自然吸気内燃機関と比べて、車重の大きい車両に搭載される傾向がある。このため、過給機付き内燃機関では、加速時に、自然吸気内燃機関よりも負荷の高い領域が使用される。また、過給機付き内燃機関を搭載した車両では、燃費向上を狙って、トランスミッションのギヤ設定が低回転高負荷型になる傾向が強い。

特開２００６−３４８７５７号公報 特開２００１−９０５９７号公報 特開平１１−３２４７５８号公報

過給機付き内燃機関では、上述したような使用状況が一因で、自然吸気内燃機関と比べて、点火プラグのくすぶりが発生し易い。点火プラグのくすぶりとは、点火プラグの電極にカーボンが付着することである。点火プラグの電極にカーボンが付着した状態になると、イグニッションコイルで発生した高電圧がカーボンを伝って逃げ、失火を起こし易くなる。

また、過給機付き内燃機関において点火プラグのくすぶりが悪化する要因として、極低温始動直後に過給域で走行することが挙げられる。極低温時の始動直後は、燃料が気化しにくいため、多量の燃料増量を行い、燃料の気化量を補うようにしている。このため、極低温始動直後に過給域で走行し、筒内の空気量が増大すると、低温の筒内への燃料噴射量が極めて多量になる。その結果、壁面や点火プラグへの燃料付着量が多くなり、点火プラグのくすぶりが悪化すると考えられる。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、点火プラグのくすぶりを確実に抑制することのできる過給機付き内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、過給機付き内燃機関の制御装置であって、
過給機と、
前記過給機のタービンをバイパスするバイパス通路に設けられた電子制御式のウェイストゲート弁と、
内燃機関の冷却水温が所定温度より低い極低温状態であるか否かを判定する極低温判定手段と、
前記極低温状態であると判定された場合に、前記ウェイストゲート弁を開放するか、または吸気通路に設置されたスロットル弁の開度を制限することにより、筒内空気量を抑制する空気量制御を実行する空気量抑制手段と、
前記空気量制御が実行された場合に、通常制御時よりも機関回転数が高くなるようにトランスミッションの変速線を変更することにより、機関出力を補償する変速線変更手段と、
を備え、
前記変速線変更手段は、機関回転数の上昇によるフリクション増加分を考慮して機関回転数の上昇代を設定することを特徴とする。

第１の発明によれば、過給機付き内燃機関の極低温始動直後であるときには、ウェイストゲート弁を開放するか、またはスロットル弁の開度を制限することにより、筒内空気量を抑制する空気量制御を実行することができる。これにより、燃料増量の多い極低温始動直後において、筒内空気量を制限することにより、筒内への燃料噴射量が過多になることを回避することができる。このため、壁面や点火プラグへの燃料付着量を低減でき、点火プラグのくすぶりを確実に抑制することができる。また、第１の発明によれば、上記空気量制御が実行された場合に、通常制御時よりも機関回転数が高くなるようにトランスミッションの変速線を変更することができる。このため、筒内空気量を抑制していても、機関出力を補償することができ、要求される出力を供給することができる。また、変速線を変更する際には、機関回転数の上昇によるフリクション増加分を考慮して機関回転数の上昇代を設定する。これにより、通常制御時と同等の加速感が得られる。また、機関回転数が更に高くなり、点火プラグの電極温度をより高くすることができるので、点火プラグのくすぶりをより確実に抑制することができる。

本発明の実施の形態１のシステムの機能ブロック図である。 極低温始動後のエンジン水温の上昇を示すグラフである。 エンジン負荷およびエンジン回転数と、点火プラグの電極温度との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１のシステムの機能ブロック図である。本実施形態のシステムは、ＥＣＵ１０を備えている。本実施形態で制御対象となる過給機付き内燃機関（以下、単に「エンジン」と称する）は、ターボチャージャを備えた筒内直接噴射式の火花点火内燃機関である。本実施形態のエンジンは、車両に搭載されているものとする。

ターボチャージャのタービンをバイパスするバイパス通路には、電子制御により開閉を制御可能なウェイストゲート弁１２が設けられている。ＥＣＵ１０には、このウェイストゲート弁１２のほか、吸入空気量を調節するためのスロットル弁１４と、点火プラグを備えた点火装置１６と、筒内に燃料を噴射する燃料噴射装置１８と、エンジン水温（冷却水温）を検出する水温センサ２０と、吸入空気量を検出するエアフローメータ２２と、エンジンのクランク軸の回転角度を検出するクランク角センサ２４と、オートマチックトランスミッション２６とが電気的に接続されている。

極低温でエンジンを始動する場合には、筒内が低温のため、燃料が気化しにくい。そこで、多量の燃料増量を行い、燃料の気化量を補うようにしている。このため、極低温始動直後に過給域で走行し、筒内の空気量が増大すると、低温の筒内への燃料噴射量が極めて多量になる。その結果、壁面や点火プラグへの燃料付着量が多くなり、点火プラグのくすぶりが悪化する。

本実施形態では、上記の問題を解決するべく、極低温始動直後においては、筒内の空気量が多くならないように抑制する空気量制御を行う。これにより、１サイクルに筒内に噴射される燃料の量が過多になることを防止することができる。その結果、壁面や点火プラグへの燃料付着量を低減でき、点火プラグのくすぶりを確実に抑制することができる。

上記空気量制御において空気量を抑制する方法としては、ウェイストゲート弁１２を開放する方法、または、スロットル弁１４の開度を制限する方法が挙げられる。ウェイストゲート弁１２を開放すると、過給圧の上昇が抑制されるため、筒内の空気量を所定値以下に抑制することができる。また、スロットル弁１４の開度を制限する場合においては、エアフローメータ２２で検出される吸入空気量と、クランク角センサ２４で検出されるエンジン回転数とに基づいて筒内空気量を算出し、その筒内空気量が所定値以下となるように、スロットル弁１４の開度をフィードバック制御すればよい。

図２は、極低温始動後のエンジン水温の上昇を示すグラフである。図２に示すように、本実施形態では、極低温始動後、エンジン水温が所定の設定値Ｘ℃に上昇するまでの間、上記空気量制御を実行し、その後は通常制御に移行する。エンジン水温が設定値Ｘ℃以下の領域は、燃料増量が多い領域に対応している。エンジン水温が設定値Ｘ℃を超えた領域では、燃料増量が少なくなるので、空気量を抑制しなくても、点火プラグのくすぶりが悪化することはない。

空気量制御が実行されると、筒内の空気量が抑制されるため、エンジントルクが抑制される。このため、要求されるエンジン出力を供給できない場合がある。そこで、本実施形態では、空気量制御の実行中は、通常制御時よりもエンジン回転数が高くなるように、オートマチックトランスミッション２６の変速線を変更する変速線変更制御を実行することとした。これにより、空気量制御の実行中においても、要求されるエンジン出力を確実に供給することができる。

変速線変更制御においては、吸入空気量が通常制御時と同等またはそれ以上となるように、エンジン回転数を上昇させることが望ましい。

エンジン回転数が上昇すると、エンジンのフリクションが増加する。特に、エンジン低温時は、オイルの粘度が高いので、フリクションの増加幅が大きい。そこで、変速線変更制御においては、エンジン回転数の上昇によるフリクション増加分を考慮して、通常制御時と同等の加速感が得られるように、エンジン回転数の上昇代を設定することとした。この点について、図３を参照して説明する。

図３は、エンジン負荷およびエンジン回転数と、点火プラグの電極温度との関係を示す図である。図３中、右下がりの曲線は、点火プラグの電極温度を示しており、線が太いほど、高温であることを表している。空気量制御の実行中は、筒内空気量が所定値以下に抑制されるので、エンジン負荷は、図３中の上限負荷以下に抑制される。図３中の白い星印の動作点は、この上限負荷を超えている。このため、空気量制御の実行中は、白い星印の動作点でエンジンを運転することはできない。図３中の破線は、エンジン出力が白い星印の動作点と等しくなる点を結んだ等出力線である。空気量制御の実行中には、この等出力線と、上限負荷の線との交点Ａまでエンジン回転数を上昇させれば、白い星印の動作点と同等の出力が得られる。しかしながら、上述したように、エンジン低温時は、エンジン回転数の上昇に伴うフリクションの増加幅が大きい。そこで、変速線変更制御においては、フリクションの増加幅を考慮して、通常時と同等の加速感が得られるようにするため、エンジン回転数が交点Ａよりも高くまで上昇するように、変速線を変更することとした。すなわち、エンジンの動作点が図３中の斜線の星印となるように制御する。

図３に示すように、エンジン回転数が高くなるにつれて、点火プラグの電極温度も高くなる傾向がある。よって、上記交点Ａと比べ、斜線の星印の点の方が、点火プラグの電極温度が高くなる。すなわち、上述したようにして、フリクションの増加幅を考慮してエンジン回転数の上昇代を設定することにより、点火プラグの電極温度をより高くすることができる。点火プラグの電極温度が高いほど、点火プラグのくすぶりは起きにくい。このため、本実施形態によれば、点火プラグのくすぶりをより確実に抑制することができる。

図４は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ１０が実行するルーチンのフローチャートである。本ルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行されるものとする。

図４に示すルーチンによれば、まず、水温センサ２０で検出されるエンジン水温Ｔwが設定値Ｘ℃以下であるか否かが判定される（ステップ１００）。エンジン水温Ｔwが設定値Ｘ℃を超えている場合には、空気量を抑制しなくても、点火プラグのくすぶりは悪化しない。この場合には、以下の処理を行う必要がないので、本ルーチンの処理が終了される。

一方、上記ステップ１００で、エンジン水温Ｔwが設定値Ｘ℃以下であると判定された場合には、点火プラグのくすぶりを悪化するため、空気量を抑制する必要があると判断できる。そこで、この場合には、空気量を抑制するための空気量制御が実行される（ステップ１０２）。この空気量制御においては、前述したように、ウェイストゲート弁１２を開放するか、あるいはスロットル弁１４の開度を制限することにより、筒内空気量が抑制される。

上記ステップ１０２の処理に続いて、オートマチックトランスミッション２６の変速線を変更する変速線変更制御が実行される（ステップ１０４）。このステップ１０４では、図３を参照して説明したようにして、空気量制御をしない通常制御時と同等の加速感が得られるように、エンジン回転数が上昇する方向に、変速線が変更される。その際、フリクションの増加幅を考慮して、エンジン回転数の上昇代が設定される。このステップ１０４の処理が行われた場合には、上記ステップ１００以下の処理が再度実行される。

上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ１０が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第１の発明における「極低温判定手段」が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第１の発明における「空気量抑制手段」が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第１の発明における「変速線変更手段」が、それぞれ実現されている。

１０ ＥＣＵ
１２ ウェイストゲート弁
１４ スロットル弁
１６ 点火装置
２６ オートマチックトランスミッション

Claims (1)

1. 過給機と、
   前記過給機のタービンをバイパスするバイパス通路に設けられた電子制御式のウェイストゲート弁と、
   内燃機関の冷却水温が所定温度より低い極低温状態であるか否かを判定する極低温判定手段と、
   前記極低温状態であると判定された場合に、前記ウェイストゲート弁を開放するか、または吸気通路に設置されたスロットル弁の開度を制限することにより、筒内空気量を抑制する空気量制御を実行する空気量抑制手段と、
   前記空気量制御が実行された場合に、通常制御時よりも機関回転数が高くなるようにトランスミッションの変速線を変更することにより、機関出力を補償する変速線変更手段と、
   を備え、
   前記変速線変更手段は、機関回転数の上昇によるフリクション増加分を考慮して機関回転数の上昇代を設定することを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。

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