JP7729095B2 - 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。

特許文献１には、内燃機関の筒内の燃焼状態に合わせて、排気中のＨＣ（炭化水素）やＰＮ（Particulate Number）の低減効果を高めることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とし、エンジンの始動時において、ＥＣＵは、ウェット懸念状態であると判定した場合に、可変動弁装置による開閉タイミングの制御として、吸入空気量を低減させ、浮遊液滴状態であると判定した場合に、可変動弁装置による開閉タイミングの制御として、筒内温度を上昇させる制御を実施することが記載されている。なお、ウェット懸念状態及び浮遊液滴状態は、どちらも燃料が気化されていない状態である。

特開２０２０－７９５８０号公報

しかしながら、この特許文献１に記載の制御は、エンジンの始動時における制御であり、通常走行時においては、運転者の要求トルクに対応する燃料量を噴射し、要求通りのトルクを出力していると考えられる。通常走行時であったとしても、気化されない燃料によって、未燃ガスが発生し、エミッション性能が低下することが懸念される。

そこで、本発明は、未燃ガスの発生を抑制し、燃費の向上及びエミッション性能の低下の抑制を図ることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため本発明は、燃料を吸気ポート内に噴射する内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関の前記吸気ポートの温度を検出する温度センサと、前記内燃機関の前記吸気ポートの温度から前記内燃機関の燃焼室内で気化可能な最大燃料量を算出する燃料量算出部と、前記最大燃料量によって前記内燃機関で出力可能なトルクである推定最大トルクを算出するトルク算出部と、運転者の要求トルクが前記推定最大トルクより大きくなった場合、前記内燃機関の出力が前記推定最大トルクとなるように、燃料噴射量を前記最大燃料量に制限するトルク制限を行なう制御部と、を備えるものである。

このように、本発明によれば、未燃ガスの発生を抑制し、燃費の向上及びエミッション性能の低下の抑制を図ることができる。

図１は、本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置の概略構成図である。 図２は、本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置のトルク制御処理の手順を示すフローチャートである。

本発明の一実施の形態に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の温度を検出する温度センサと、内燃機関の温度から内燃機関の燃焼室内で気化可能な最大燃料量を算出する燃料量算出部と、最大燃料量によって内燃機関で出力可能なトルクである推定最大トルクを算出するトルク算出部と、運転者の要求トルクが推定最大トルクより大きくなった場合、内燃機関の出力が推定最大トルクとなるように、燃料噴射量を最大燃料量に制限するトルク制限を行なう制御部と、を備えるよう構成されている。

これにより、本発明の一実施の形態に係る内燃機関の制御装置は、未燃ガスの発生を抑制し、燃費の向上及びエミッション性能の低下の抑制を図ることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施例に係る内燃機関の制御装置について詳細に説明する。

図１において、本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置を搭載した車両１は、内燃機関型のエンジン２と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３とを含んで構成される。

エンジン２には、気筒としてのシリンダ５が形成されている。シリンダ５には、このシリンダ５内を上下に往復動可能なピストン６が収納されている。また、シリンダ５の上部には、燃焼室７が設けられている。

エンジン２は、シリンダ５内でピストン６が２往復する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程からなる一連の４行程を行なう、いわゆる４サイクルのガソリンエンジンである。

また、ピストン６は、コネクティングロッドを介してクランクシャフトと連結している。コネクティングロッドは、ピストン６の往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換するようになっている。

また、燃焼室７には、点火プラグ８が設けられている。点火プラグ８は、燃焼室７内に電極を突出させた状態で配設され、ＥＣＵ３によってその点火時期が制御されるようになっている。

エンジン２には、吸気ポート１１と、排気ポート２１が設けられている。吸気ポート１１は、燃焼室７と図示しない吸気通路とを連通するようになっている。また、吸気ポート１１には、吸気弁１２が設けられている。

吸気弁１２は、吸気通路と燃焼室７とを連通または遮断するように開閉されるようになっている。

吸気ポート１１には、インジェクタ９が設けられている。インジェクタ９は、図示しない燃料タンクから燃料ポンプによって供給された燃料を吸気ポート１１内に噴射する。

また、吸気ポート１１には、温度センサ３４が設けられている。温度センサ３４は、エンジン２の温度を検出する。温度センサ３４は、シリンダ５内に設けてもよい。

一方、排気ポート２１には、排気弁２２が設けられている。排気弁２２は、図示しない排気通路と燃焼室７とを連通または遮断するように開閉されるようになっている。

ＥＣＵ３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、フラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。

このコンピュータユニットのＲＯＭには、各種制御定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをＥＣＵ３として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、ＥＣＵ３として機能する。

ＥＣＵ３の入力ポートには、前述の温度センサ３４に加え、アクセル開度センサ３５、トルク制限解除スイッチ３６等の各種センサ類及び各種スイッチ類が接続されている。

アクセル開度センサ３５は、運転者に操作される図示しないアクセルペダルの操作量を表すアクセル開度を検出する。トルク制限解除スイッチ３６は、後述するエンジン２の出力トルクを制限するトルク制限を解除することを選択するためのスイッチである。

一方、ＥＣＵ３の出力ポートには、点火プラグ８、インジェクタ９、報知部３７等の各種制御対象類が接続されている。

報知部３７は、例えば、モニタ装置、スピーカ、ランプ、メータ、ブザーなどで構成され、視覚、聴覚などを通じて各種情報を運転者に報知する。

ＥＣＵ３は、アクセル開度センサ３５が検出するアクセル開度に基づき運転者の要求トルクを算出し、その要求トルクに応じてエンジン２の点火時期や燃料噴射量や吸入空気量を算出する。そして、ＥＣＵ３は、算出した点火時期や燃料噴射量や吸入空気量になるように点火プラグ８やインジェクタ９や図示しないスロットルバルブを制御してエンジン２の運転状態を制御する。

本実施例において、ＥＣＵ３は、エンジン２の燃焼室７内で気化可能な最大燃料量によって、エンジン２で出力可能なトルクである推定最大トルクを算出し、運転者の要求トルクが推定最大トルク以上であったとしても、エンジン２の出力トルクを推定最大トルクに制限するトルク制限を行なう。

このため、ＥＣＵ３は、燃料量算出部３１と、トルク算出部３２と、制御部３３と、を備える。

燃料量算出部３１は、例えば、温度センサ３４により検出された吸気ポート１１の温度に基づいて、エンジン２の燃焼室７内で気化可能な最大燃料量を算出する。吸気ポート１１の温度を、エンジン２の冷却水の温度や吸気の温度により推定してもよい。

また、燃焼室７内の温度を検出するセンサを設け、その温度も加味して燃焼室７内で気化可能な最大燃料量を算出してもよい。燃焼室７内の温度を、エンジン２の冷却水の温度や吸気の温度により推定してもよい。

また、エンジン２が燃料を燃焼室７に直接噴射する直噴エンジンであれば、燃焼室７内の温度を検出して、またはエンジン２の冷却水の温度や吸気の温度から推定して、燃焼室７内で気化可能な最大燃料量を算出するとよい。

トルク算出部３２は、燃料量算出部３１により算出された最大燃料量に基づいて、最大燃料量によってエンジン２で出力可能な推定最大トルクを算出する。

制御部３３は、運転者の要求トルクが推定最大トルクより大きくなった場合、エンジン２の出力が推定最大トルクとなるように、例えば、燃料噴射量を燃料量算出部３１により算出された最大燃料量に制限することで、エンジン２の出力トルクを推定最大トルクに制限する。

制御部３３は、エンジン２の出力が推定最大トルクとなるようにトルク制限していることを報知部３７により運転者に報知する。報知部３７は、例えば、インストルメントパネルに設けられたインジケータに点灯表示する。また、音声や画像などにより報知してもよい。

制御部３３は、トルク制限解除スイッチ３６によりトルク制限の解除が選択されていると、エンジン２のトルク制限を解除し、運転者の要求トルクを出力するようにエンジン２を制御する。

なお、車両１が、エンジン２の駆動力をアシストする回転電機としてのモータやＩＳＧ（Integrated Starter Generator）を搭載している場合、制御部３３は、運転者の要求トルクが推定最大トルクより大きくなった場合、エンジン２の出力が推定最大トルクとなるようにし、要求トルクと推定最大トルクの差分を回転電機のトルクで補うようにするとよい。

また、回転電機を搭載していない車両の場合、制御部３３は、運転者の要求トルクが推定最大トルクより大きくなった場合、一時的にエアコン作動や発電をカットし、走行以外に使われるトルクを減らすとよい。

以上のように構成された本実施例に係る内燃機関の制御装置によるトルク制御処理について、図２を参照して説明する。なお、以下に説明するトルク制御処理は、ＥＣＵ３が動作を開始すると開始され、予め設定された時間間隔で実行される。

ステップＳ１において、ＥＣＵ３は、エンジン２が稼働しているか否かを判定する。
エンジン２が稼働していると判定した場合には、ＥＣＵ３は、ステップＳ２の処理を実行する。エンジン２が稼働していないと判定した場合には、ＥＣＵ３は、ステップＳ９の処理を実行する。

ステップＳ２において、ＥＣＵ３は、温度センサ３４の情報から、燃焼室７内で気化可能な最大燃料量を算出する。ステップＳ２の処理を実行した後、ＥＣＵ３は、ステップＳ３の処理を実行する。

ステップＳ３において、ＥＣＵ３は、気化可能な最大燃料量から、推定最大トルクを算出する。ステップＳ３の処理を実行した後、ＥＣＵ３は、ステップＳ４の処理を実行する。

ステップＳ４において、ＥＣＵ３は、運転者の要求トルクが推定最大トルクより大きいか否かを判定する。

運転者の要求トルクが推定最大トルクより大きいと判定した場合には、ＥＣＵ３は、ステップＳ５の処理を実行する。運転者の要求トルクが推定最大トルクより大きくないと判定した場合には、ＥＣＵ３は、ステップＳ７の処理を実行する。

ステップＳ５において、ＥＣＵ３は、エンジン２の出力を推定最大トルクに制限する。ステップＳ５の処理を実行した後、ＥＣＵ３は、ステップＳ６の処理を実行する。

ステップＳ６において、ＥＣＵ３は、報知部３７によりトルク制限していることの報知を実施する。ステップＳ６の処理を実行した後、ＥＣＵ３は、ステップＳ１の処理を実行する。

ステップＳ７において、ＥＣＵ３は、エンジン２の出力を運転者の要求トルクを実現するように制御する。ステップＳ７の処理を実行した後、ＥＣＵ３は、ステップＳ８の処理を実行する。

ステップＳ８において、ＥＣＵ３は、報知部３７によるトルク制限していることの報知を終了する。ステップＳ８の処理を実行した後、ＥＣＵ３は、ステップＳ１の処理を実行する。

ステップＳ９において、ＥＣＵ３は、報知部３７によるトルク制限していることの報知を実行していれば、それを終了する。ステップＳ９の処理を実行した後、ＥＣＵ３は、トルク制御処理を終了する。

このように、本実施例では、温度センサ３４により検出された温度に基づいて、エンジン２の燃焼室７内で気化可能な最大燃料量を算出する燃料量算出部３１と、燃料量算出部３１により算出された最大燃料量に基づいて、最大燃料量によってエンジン２で出力可能なトルクである推定最大トルクを算出するトルク算出部３２と、運転者の要求トルクが推定最大トルクより大きくなった場合、エンジン２の出力が推定最大トルクとなるように、燃料噴射量を最大燃料量に制限する制御部３３と、を備える。

これにより、燃焼室７内で気化可能な最大燃料量から算出される推定最大トルクでエンジン２の出力が制限される。言い換えると、運転者の要求に応じてエミッション性能が悪化するような条件でエンジン２を使用する際に、燃料噴射量が制限されてエンジン２の出力が制限される。このため、未燃ガスの発生を抑制することができ、さらに燃費の向上及びエミッション性能の低下を抑制することができる。

また、制御部３３は、エンジン２の出力が推定最大トルクとなるようにトルク制限していることを報知部３７により運転者に報知する。

これにより、エンジン２の出力トルクが制限されていることが運転者に報知される。このため、トルク制限に対する運転者の違和感を抑制することができる。

また、制御部３３は、トルク制限解除スイッチ３６によりトルク制限の解除が選択されていると、エンジン２のトルク制限を解除し、運転者の要求トルクを出力するようにエンジン２を制御する。

これにより、トルク制限解除スイッチ３６によりトルク制限の解除が選択されていると、運転者の要求トルクを出力するようにエンジン２が制御される。このため、登坂時及び加速時等、運転者が制限される以上のトルクを必要とする状況においては、トルク制限解除スイッチ３６により運転者の意思によって制限の解除が可能となり、運転者の要求に応えることができる。

また、車両１がエンジン２の駆動力をアシストする回転電機を搭載している場合には、制御部３３は、運転者の要求トルクが推定最大トルクより大きくなった場合、エンジン２の出力が推定最大トルクとなるようにし、要求トルクと推定最大トルクの差分を回転電機のトルクで補うようにする。

これにより、回転電機を搭載する車両において、運転者の要求トルクが推定最大トルクより大きくなった場合、要求トルクと推定最大トルクの差分が回転電機のトルクで補われる。このため、運転者の違和感を抑制しつつ、未燃ガスの発生を抑制することができ、さらに燃費の向上及びエミッション性能の低下を抑制することができる。

本実施例では、各種センサ情報に基づきＥＣＵ３が各種の判定や算出を行なう例について説明したが、これに限らず、車両１が外部サーバ等の車外装置と通信可能な通信部を備え、該通信部から送信された各種センサの検出情報に基づき車外装置によって各種の判定や算出が行なわれ、その判定結果や算出結果を通信部で受信して、その受信した判定結果や算出結果を用いて各種制御を行なってもよい。

本発明の実施例を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１ 車両
２ エンジン（内燃機関）
３ ＥＣＵ
７ 燃焼室
９ インジェクタ
３１ 燃料量算出部
３２ トルク算出部
３３ 制御部
３４ 温度センサ
３６ トルク制限解除スイッチ
３７ 報知部

Claims (4)

1. 燃料を吸気ポート内に噴射する内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の前記吸気ポートの温度を検出する温度センサと、
   前記内燃機関の前記吸気ポートの温度から前記内燃機関の燃焼室内で気化可能な最大燃料量を算出する燃料量算出部と、
   前記最大燃料量によって前記内燃機関で出力可能なトルクである推定最大トルクを算出するトルク算出部と、
   運転者の要求トルクが前記推定最大トルクより大きくなった場合、前記内燃機関の出力が前記推定最大トルクとなるように、燃料噴射量を前記最大燃料量に制限するトルク制限を行なう制御部と、を備える内燃機関の制御装置。
2. 前記制御部は、前記トルク制限が行なわれていることを運転者に報知する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記トルク制限を解除することを選択可能なスイッチを備える請求項１または請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記内燃機関の駆動力をアシストする回転電機を備え、
   前記制御部は、運転者の要求トルクが前記推定最大トルクより大きくなった場合に、前記内燃機関の出力が前記推定最大トルクとなるようにし、前記要求トルクと前記推定最大トルクの差分を前記回転電機のトルクで補うようにする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。