JP6419650B2 - 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係り、特に、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（例えば、特許文献１参照）、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。上記フィードバック制御中に、エンジンの回転数が目標回転数よりも更に低くなる場合があり、その一例として、エンジンの出力トルク（駆動トルクともいう）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、瞬間的にエンジンのトルクが不足し、実回転数の低下や、最悪の場合、エンストを引き起こす。このような現象を防止するために、エンジンの出力トルクが最大となる点火時期MBT（Minimum Advance for Best Torque）よりも点火時期を遅角側に設定することが知られている。このような対策により、補機が作動状態に遷移した場合に、高応答である点火時期を進角してエンジンの出力トルクを増加させ、エンジン回転数の低下を防止する。ここで、上記余裕代、言い換えれば遅角側に設定した点火時期を進角した場合のMBTからの遅角量に関しては、補機を駆動するためのトルクを実験によって測定し、その最大トルクを考慮して予め設定するのが一般的である。

特開平６−２４９１１７号公報

しかしながら、上記した従来のアイドル制御では、エンジン回転数を目標回転数とするために必要なトルクのうち、上記点火時期の余裕代で発生するトルク分を、エンジンの吸入空気量および燃料噴射量を増加することにより補っているため、最適な燃費性能を実現することができなかった。また、上記余裕代の設定は、例えばエアコンといった湿度に応じ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を考慮していないため、過剰な余裕代を設定している場合があり、その過剰な余裕代で発生するトルク分を吸入空気量および燃料噴射量を増加することにより補っているため、その点からも最適な燃費性能を実現することができなかった。

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駆動トルクが変化する補機類が作動しても、エンジン回転数の低下を抑制するとともに、アイドル状態の時の燃費の向上を図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。

上記する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、前記内燃機関の駆動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駆動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、を備え、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点火時期を補正し、補正後の点火時期に応じて前記内燃機関の吸入空気量及び燃料噴射量の少なくとも一方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点火時期を補正すると共に、補正後の点火時期に応じて吸入空気量及び燃料噴射量の少なくとも一方を制御することにより、内燃機関のアイドル状態において、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、実回転数の低下を抑制するとともに、アイドル状態の時の燃費の向上を図ることができる。

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。 湿度と点火時期補正量の関係を示す図。 本発明と従来技術の、最終点火時期、点火時期余裕、及びトルク余裕の関係を示す図。 図１に示すＥＣＵによる制御処理における、エンジン回転数、エンジン状態、エアコン動作状態、湿度、点火時期補正量、最終点火時期、燃料噴射量、エンジン出力トルクの変化を説明したタイムチャート。 図１に示すＥＣＵによる制御処理における点火時期補正量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（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、基本的に、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ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）９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による所望の点火タイミングでの点火コイル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。

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、ＥＣＵ９がエアコンＣＵ（エアコンコントロールユニット）２７を介してエアコンスイッチ２９をオンオフすることにより、前記エアコンの動作状態を制御する。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。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。

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、その演算結果をアイドル判定部３０５及び基本点火時期演算部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、その演算結果をアイドル判定部３０５及び基本点火時期演算部３０６に送信する。

湿度検知部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、その検知結果を点火時期補正量演算部３０７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、その判定結果を点火時期補正量演算部３０７に送信する。

アイドル判定部３０５では、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１の負荷を基に、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点火時期演算部３０６及び点火時期補正量演算部３０７に送信する。

基本点火時期演算部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、その演算結果を最終点火時期演算部３０８に送信する。なお、基本点火時期を演算する際に、湿度検知部３０３で検知した湿度を考慮しても良い。

点火時期補正量演算部３０７では、前述の湿度検知部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、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、点火時期補正量を演算し、その演算結果を最終点火時期演算部３０８に送信する。なお、この点火時期補正量演算部３０７での点火時期補正量の演算処理については後で詳述する。

最終点火時期演算部３０８では、前述の基本点火時期演算部３０６で演算した基本点火時期と点火時期補正演算部３０７で演算した点火時期補正量を基に、最終点火時期演算を演算し、その演算結果により点火コイル７を制御して点火プラグ６により点火する。

図４は、図３に示す点火時期補正演算部３０７で点火時期補正値を演算する際に参照する、湿度と点火時期補正量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駆動トルクが低下するため、湿度が低いほど点火時期補正量の進角値を大きくしている。ここで、前述した理由により、点火時期は予めMBTよりも遅角側に設定されているため、図４に示す点火時期補正量を用いることにより、湿度が低くなるに従って点火時期はMBTに近づくように進角方向に補正される（言い換えれば、MBTからの遅角量が小さくなる、あるいは、補正後の点火時期のMBTからの余裕代が小さくなるように補正される）ことになる。

図５は、本発明と従来技術の、最終点火時期、点火時期余裕、及びトルク余裕の関係を示したものである。

前述したように、従来技術では、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エンジン回転数低下を防止するために、最終点火時期をエンジンの出力トルクが最大となる点火時期MBTよりも遅角側に設定して余裕代を持っている。この余裕代は、補機としてのエンジンを駆動するためのトルクを実験によって測定し、その最大トルクを考慮して予め設定するのが一般的である。すなわち、その余裕代は、湿度が高い場合、すなわち出力が最大となるときを考慮して設定されている。そのため、上記実施形態で述べたように、湿度が相対的に低いとき、つまりエアコンを作動したときの駆動トルク（出力）が低いときに、MBTからの余裕代を小さく、つまり最終点火時期を従来技術のものよりも進角しても、エアコンが動作状態に遷移したときに、エンジンの回転数の低下を引き起こさない。このように、図４に示すような点火時期補正テーブルを基に最終点火時期を補正することにより、従来技術の最終点火時期よりも進角することができるとともに、最終点火時期を進角したことにより増加したトルクを減らすように吸入空気量および燃料噴射量を減らすことにより、アイドル状態の時の燃費の向上を図ることができる。なお、最終点火時期を進角したことにより増加したトルクを減らす際には、吸入空気量および燃料噴射量の一方のみを制御するようにしても良い。

図６を参照して、図１に示すＥＣＵ９の点火時期補正量演算部３０７で演算した点火時期補正量を利用した制御処理の一例を説明する。図６は、図１に示すＥＣＵ９による制御処理における各要素の変化を説明したタイムチャートである。

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、アイドル判定部３０５ではエンジン１がアイドル状態であると判定し、エアコンスイッチ２９がオフのとき、エアコン動作状態検知部３０４ではエアコンが停止中であると判定し、点火時期補正量演算部３０７では、エンジン１がアイドル状態かつエアコンが停止中であるときに（図６中のＴ１〜Ｔ２の領域）、前記した点火時期補正値を演算する。点火時期補正値演算部３０７では、湿度が高ければ点火時期補正量の進角量は小さく、湿度が低ければ点火時期補正量の進角量は大きくなるように、点火時期補正量を演算する。そして、最終点火時期演算部３０８では、最終点火時期をその点火時期補正量で補正することにより、最終点火時期は進角方向に補正される。前述したように、最終点火時期を進角することによりエンジン１の出力トルクが増加するため、増加するトルクを減らすように吸入空気量および燃料噴射量を減らす。このように、吸入空気量および燃料噴射量を減らすことにより、エンジン１の出力トルクを一定に保ち、エンジン１の回転数変動を抑えるとともに、燃料噴射量を減らしたことにより燃費性能の向上を図ることができる。

また、図６のＴ２においてエアコンスイッチ２９がオンされて、エアコンが停止状態から動作状態に遷移すると、エアコンの駆動トルクが増加するが、前述のように、エアコンの駆動トルクを補うことが可能な点火時期の余裕代が存在するため、最終点火時期を進角することにより、エンジンの実回転数の低下を防止することができる。また、エアコンが動作中には、MBTまでの余裕代は小さくなるため、点火時期補正量演算部３０７で演算される点火時期補正量は０とし、前記したような点火時期の補正は行わない。

図７は、図１に示すＥＣＵ９による制御処理における点火時期補正量の演算処理手順を説明したフローチャートである。図７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Ｓ７００からステップＳ７０６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１０ｄｅｇ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Ｓ７００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Ｓ７０１では、点火時期補正量演算部３０７にて、ステップＳ７００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Ｓ７０２に進む。一方で、アイドル状態でない場合は、ステップＳ７０６に進み、点火時期補正量を０として本演算処理を終了する。

次に、ステップＳ７０２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Ｓ７０３では、点火時期補正量演算部３０７にて、ステップＳ７０２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Ｓ７０４に進む。一方で、エアコンが動作中である場合は、ステップＳ７０６に進み、点火時期補正量は０として本演算処理を終了する。

次に、ステップＳ７０４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Ｓ７００及びＳ７０１、ステップＳ７０２及びＳ７０３、ステップＳ７０４は順不同である。

次に、ステップＳ７０５では、点火時期補正量演算部３０７にて、ステップＳ７０４で検知した湿度を基に、点火時期補正量を演算する。前述したように、湿度が低いときには点火時期補正量の進角量を大きくし、湿度が高いときには点火時期補正量の進角量を小さくするように点火時期補正量を設定する。

そして、図７に示す演算処理により演算された点火時期補正量を基に、最終点火時期演算部３０８にて、基本点火時期を補正して最終点火時期を演算するとともに、最終点火時期を補正することにより増加した分のトルクを減らすように吸入空気量および燃料噴射量を減らす。

これにより、エンジン１の出力トルクを一定に保ち、エンジン１の回転数変動を抑えるとともに、燃料噴射量を減らしたことにより燃費性能の向上を図ることができる。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駆動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、実回転数の低下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
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…基本点火時期演算部
３０７…点火時期補正量演算部
３０８…最終点火時期演算部

Claims (4)

1. 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、前記内燃機関の駆動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駆動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、前記内燃機関のアイドル状態を判定するアイドル判定部とを備え、
   前記内燃機関がアイドル状態かつ前記補機が停止中であると判定したときに、前記空気の湿度に基づいて前記内燃機関の点火時期を補正し、補正後の点火時期に応じて前記内燃機関の吸入空気量及び燃料噴射量の少なくとも一方を制御するとともに、
   前記補機が動作中であると判定したときには、前記点火時期の補正は行わないことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 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点火時期を進角方向に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。
3. 前記制御装置は、前記補機が停止中に前記点火時期を進角方向に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。
4. 前記制御装置は、前記点火時期の補正前後で前記内燃機関の出力トルクが一定になるように、前記吸入空気量及び前記燃料噴射量の少なくとも一方を制御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。