内燃機関の制御装置
【課題】筒内空気量変化に起因した加速ショックを抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の制御装置は、車両に搭載され、エンジンと、スロットルバルブと、スロットルバルブ制御手段と、スロットルバルブ開弁時期制限手段とを備える。スロットルバルブ制御手段は、スロットルバルブの開閉を制御する。スロットルバルブ開弁時期制御手段は、スロットルバルブ制御手段による前記スロットルバルブの開弁時期を制限する。そして、スロットルバルブ開弁時期制御手段は、エンジンの回転数が低回転ほど、スロットルバルブの開弁を許可する開始時期を遅角側に設定する。
【解決手段】内燃機関の制御装置は、車両に搭載され、エンジンと、スロットルバルブと、スロットルバルブ制御手段と、スロットルバルブ開弁時期制限手段とを備える。スロットルバルブ制御手段は、スロットルバルブの開閉を制御する。スロットルバルブ開弁時期制御手段は、スロットルバルブ制御手段による前記スロットルバルブの開弁時期を制限する。そして、スロットルバルブ開弁時期制御手段は、エンジンの回転数が低回転ほど、スロットルバルブの開弁を許可する開始時期を遅角側に設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関を備える車両の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、気筒数が少ない少気筒のエンジンが知られている。例えば、特許文献１には、クランク角が３６０度位相差となるように設定した２気筒エンジンが開示されている。また、特許文献２には、加速要求時に加速終了時の目標スロットル開度を設定し、加速時にスロットル開度を目標スロットル開度よりも小さい側に保持し、その後、スロットル開度を目標スロットル開度に変更する技術が開示されている。さらに、特許文献３には、加速時に、所定期間の間、スロットル開度を目標スロットル開度よりも小さくする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２７５９９０号公報
【特許文献２】特開２００８−２２３５１１号公報
【特許文献３】特開平１０−０４７１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
２気筒エンジンのような気筒数が少ないエンジンでは、吸気行程の時間間隔が長く、かつ、吸気弁の閉弁間隔が長くなることに起因して、吸気脈動が生じ、筒内空気量の予測精度の確保が難しくなる。また、吸気行程の時間間隔が長く、スロットルバルブを開弁するタイミングから吸気弁を閉弁するタイミングまでの時間が長い場合、筒内空気量の変化が大きくなり、スロットルバルブの閉弁時での加速ショックが生じる虞がある。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、筒内空気量変化に起因した加速ショックを抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの観点では、エンジンと、前記エンジンの吸気通路に設けられたスロットルバルブと、前記スロットルバルブの開閉を制御するスロットルバルブ制御手段と、前記スロットルバルブ制御手段による前記スロットルバルブの開弁時期を制限する制御を行うスロットルバルブ開弁時期制限手段と、を備える内燃機関の制御装置であって、前記スロットルバルブ開弁時期制限手段は、前記エンジンの回転数が低回転ほど、前記スロットルバルブ制御手段による前記スロットルバルブの開弁を許可する開始時期を遅角側に設定する。
【０００７】
上記の内燃機関の制御装置は、車両に搭載され、エンジンと、スロットルバルブと、スロットルバルブ制御手段と、スロットルバルブ開弁時期制限手段とを備える。スロットルバルブ制御手段は、例えばＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、スロットルバルブの開閉を制御する。スロットルバルブ開弁時期制御手段は、例えばＥＣＵであり、スロットルバルブ制御手段による前記スロットルバルブの開弁時期を制限する。そして、スロットルバルブ開弁時期制御手段は、エンジンの回転数が低回転ほど、スロットルバルブの開弁を許可する開始時期を遅角側に設定する。
【０００８】
一般に、エンジン回転数が低回転になるほど、吸気行程の時間間隔が長くなり、吸気弁の閉弁間隔が長くなる。従って、内燃機関の制御装置は、エンジン回転数が低回転ほど、スロットルバルブの開弁を許可する開始時期を遅角側に設定することで、スロットルバルブの開弁時期を遅らせる。これにより、内燃機関の制御装置は、スロットルバルブの開弁時期と吸気弁の閉弁時期との時間幅が長くなるのを抑制することができる。従って、内燃機関の制御装置は、過度の筒内空気量変化に起因した加速ショックを抑制することができる。
【０００９】
上記内燃機関の制御装置の一態様では、前記スロットルバルブ開弁時期制限手段は、前記スロットルバルブの要求開度が所定値以上の場合に、前記開弁時期を制限する制御を行う。「所定値」は、例えば、筒内空気量変化に起因した加速ショックが生じる虞があるスロットルバルブの要求開度に実験等に基づき予め定められる。このようにすることで、内燃機関の制御装置は、必要な場合のみ、適切にスロットルバルブの開弁時期を制限し、スロットルバルブの開弁時期を不要に制限するのを抑制することができる。
【００１０】
上記内燃機関の制御装置の他の一態様では、前記エンジンは、単気筒又は２気筒を有するエンジンである。一般に、エンジンの気筒数が少ないほど、吸気行程の時間間隔が長くなり、吸気弁の閉弁間隔が長くなり、加速ショックが発生する蓋然性が高まる。特に、単気筒又は２気筒のエンジンでは、アイドル回転数以上の常用回転数であっても、スロットルバルブの開弁時期と吸気弁の閉弁時期との時間幅が長くなる場合がある。従って、内燃機関の制御装置は、エンジンが単気筒又は２気筒の場合に、スロットルバルブの開弁時期を制限することで、好適に、過度の筒内空気量変化に起因した加速ショックを抑制することができる。
【００１１】
上記内燃機関の制御装置の他の一態様では、前記スロットルバルブ開弁時期制限手段は、前記エンジン回転数が所定回転数未満の場合に、前記開弁時期を制限する制御を行う。「所定回転数」は、気筒数等に基づき定められ、例えば、車種ごとに、筒内空気量変化に起因した加速ショックが生じる虞がないエンジン回転数に実験等に基づき予め定められる。このようにすることで、内燃機関の制御装置は、必要な場合のみスロットルバルブの開弁時期を制限し、スロットルバルブの開弁時期を不要に制限するのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】内燃機関の概略構成の一例を示す。
【図２】エンジン回転数に対するスロットル開許可角度のグラフの一例を示す。
【図３】（ａ）は、第１気筒の吸気弁のリフト量の時間変化のグラフと、排気弁のリフト量の時間変化のグラフとを示す。（ｂ）は、第２気筒の吸気弁のリフト量の時間変化のグラフと、排気弁のリフト量の時間変化のグラフとを示す。
【図４】実施形態における処理手順を示すフローチャートの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１４】
［内燃機関の概略構成］
図１は、本発明に係る内燃機関の制御装置が適用された内燃機関（エンジン）の概略構成図を示す。図中の実線矢印はガスの流れの一例を示している。
【００１５】
内燃機関１００は、主に、吸気通路１と、スロットルバルブ２と、排気通路４と、第１気筒１０と、第２気筒２０とを備える。
【００１６】
吸気通路１には外部から導入された吸気（空気）が通過し、スロットルバルブ２は吸気通路１を通過する吸気の流量を調整する。スロットルバルブ２は、ＥＣＵ５０から供給される制御信号Ｓ２によって開度（以後、「スロットル開度ＴＡ」と呼ぶ。）が制御される。
【００１７】
吸気通路１を通過した吸気は、第１気筒１０の燃焼室１７及び第２気筒２０の燃焼室２７に供給される。また、燃焼室１７には、燃料噴射弁（インジェクタ）１５によって噴射された燃料が供給され、燃焼室２７には、燃料噴射弁２５によって噴射された燃料が供給される。燃料噴射弁１５、２５は、それぞれ、ＥＣＵ５０から送信される制御信号Ｓ１５、Ｓ２５に基づき、燃料噴射量が制御される。
【００１８】
更に、燃焼室１７には、吸気弁１１と排気弁１３とが設けられ、燃焼室２７には、吸気弁２１と排気弁２３とが設けられている。吸気弁１１は、開閉することによって、吸気通路１と燃焼室１７との連通及び遮断を制御し、吸気弁２１は、開閉することによって、吸気通路１と燃焼室２７との連通及び遮断を制御する。また、吸気弁１１には、電磁駆動機構（所謂、電磁カム）１２が設けられ、吸気弁２１には、電磁駆動機構２２が設けられている。電磁駆動機構１２、２２は、それぞれ、制御信号Ｓ１２、Ｓ２２に基づき、吸気弁１１、２１の開弁時期、閉弁時期、及びリフト量などを調整する。排気弁１３は、開閉することによって、燃焼室１７と排気通路４との連通及び遮断を制御し、排気弁２３は、開閉することによって、燃焼室２７と排気通路４との連通及び遮断を制御する。
【００１９】
燃焼室１７、２７では、吸気行程において上記のように供給された吸気と燃料との混合気が、圧縮行程を経た後、それぞれ点火プラグ１４、２４によって点火されることにより膨張行程で燃焼される。この場合、燃焼によってピストン１８、２８が往復運動し、当該往復運動がコンロッド１９、２９を介してクランク軸（不図示）に伝達され、クランク軸が回転する。燃焼室１７、２７での燃焼により発生した排気ガスは、排気行程において排気通路４へ排出される。
【００２０】
アクセル開度センサ３０は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量、即ちアクセル開度を検出する。アクセル開度センサ３０は、検出値を検出信号Ｓ３０によりＥＣＵ５０へ供給する。クランクポジションセンサ３１は、クランク軸の回転位置を検出する。クランクポジションセンサ３１は、検出信号Ｓ３１をＥＣＵ５０へ供給する。
【００２１】
ＥＣＵ５０は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などを備え、内燃機関１００の各構成要素に対して種々の制御を行う。例えば、ＥＣＵ５０は、各種センサの検出値等に基づき吸気弁１１、２１の開弁時の吸気通路１内の圧力を検出又は推定し、所定のマップ等を参照することで、第１気筒１０及び第２気筒２０の筒内空気量を算出する。そして、ＥＣＵ５０は、算出した筒内空気量、アクセル開度センサ３１に基づき検出したアクセル開度、クランクポジションセンサ３１に基づき検出したクランク角（以後、「クランク角ＣＡ」と呼ぶ。）及びエンジン回転数「Ｎｅ」等に基づき内燃機関１００の制御を行う。なお、ＥＣＵ５０は、クランクポジションセンサ３１により検出したクランク軸の回転位置を、所定の基準角度からの角度として算出し、クランク角ＣＡとする。そして、ＥＣＵ５０は、本発明におけるスロットルバルブ制御手段及びスロットルバルブ開弁時期制御手段として機能する。
【００２２】
なお、図１の構成は、一例であり、本発明が適用可能な構成は、必ずしもこれに限定されない。例えば、内燃機関１００は、吸気ポートに燃料噴射弁１５、２５が設置されたポート噴射であったが、これに代えて、またはこれに加えて、燃焼室１７、２７に直接燃料を噴射する筒内噴射であってもよい。また、内燃機関１００は、点火プラグ１４、２４を備えない自己着火方式であってもよい。
【００２３】
［制御方法］
次に、ＥＣＵ５０が実行する制御について具体的に説明する。概略的には、ＥＣＵ５０は、スロットルバルブ２の開弁を、クランク角ＣＡが所定範囲にある場合のみ実行する。これにより、ＥＣＵ５０は、スロットルバルブ２の開弁時期から吸気弁１１、２１の閉弁時期（「閉弁時期ＩＶＣ」とも呼ぶ。）までの時間幅が長くなるのを抑制し、過度な筒内の空気量変化に起因した加速ショックを抑制する。
【００２４】
これについて具体的に説明する。ＥＣＵ５０は、エンジン回転数Ｎｅに基づき、スロットルバルブ２の開弁を許可する開始時期を変化させる。具体的には、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数Ｎｅに応じて、スロットルバルブ２の開弁を許可するクランク角ＣＡの閾値（「スロットル開許可角度ＴＡｌｉｍ」とも呼ぶ。）を設定する。そして、ＥＣＵ５０は、クランク角ＣＡがスロットル開許可角度ＴＡｌｉｍよりも進角にある場合には、スロットルバルブ２の開弁時期から閉弁時期ＩＶＣまでの時間が長くなると判断し、スロットルバルブ２の開弁を許可しない。一方、ＥＣＵ５０は、クランク角ＣＡがスロットル開許可角度ＴＡｌｉｍと同一又は遅角にある場合には、スロットルバルブ２の開弁時期から閉弁時期ＩＶＣまでの時間幅が加速ショックの生じない許容範囲内になると判断し、スロットルバルブ２の開弁を許可する。
【００２５】
ここで、スロットル開許可角度ＴＡｌｉｍの設定方法について、図２を参照して説明する。図２は、各エンジン回転数Ｎｅに対するスロットル開許可角度ＴＡｌｉｍのマップ（グラフ）を示す。図２に示すマップは、例えば筒内空気量変化に起因した加速ショックが発生しないクランク角ＣＡの早限の値を示すように予め実験等に基づき作成され、ＥＣＵ５０のメモリに予め記憶される。
【００２６】
図２に示すように、エンジン回転数Ｎｅが低いほど、スロットル開許可角度ＴＡｌｉｍは、遅角の方向、即ち閉弁時期ＩＶＣでのクランク角ＣＡに近づく方向に設定される。言い換えると、エンジン回転数Ｎｅが低いほど、スロットルバルブ２の開弁を許可するクランク角ＣＡの範囲は狭く設定される。一方、エンジン回転数Ｎｅが高いほど、スロットル開許可角度ＴＡｌｉｍは、進角の方向、即ち閉弁時期ＩＶＣでのクランク角ＣＡから遠ざかる方向に設定される。言い換えると、エンジン回転数Ｎｅが高いほど、スロットルバルブ２の開弁を許可するクランク角ＣＡの範囲は広く設定される。
【００２７】
そして、所定のエンジン回転数「Ｎｅｔｈ」では、スロットル開許可角度ＴＡｌｉｍは、任意のクランク角ＣＡに対してスロットルバルブ２の開弁を許可する値に設定される。エンジン回転数Ｎｅｔｈは、筒内空気量変化に起因した加速ショックが生じる虞がないエンジン回転数の下限値に実験等に基づき予め定められる。このように、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数Ｎｅが筒内空気量変化に起因した加速ショックの虞が無いエンジン回転数Ｎｅｔｈ以上の場合には、不要にスロットルバルブ２の開弁時期を制限するのを防ぐ。
【００２８】
なお、第１気筒１０が吸気行程となるクランク角ＣＡと、第２気筒２０が吸気行程になるクランク角ＣＡとは異なることから、スロットル開許可角度ＴＡｌｉｍは、第１気筒１０及び第２気筒２０ごとに、位相差に応じて異なる値に設定される。この場合、例えば、ＥＣＵ５０が参照するマップは、各エンジン回転数Ｎｅに対応する第１気筒１０及び第２気筒２０のそれぞれのスロットル開許可角度ＴＡｌｉｍを規定する。
【００２９】
ここで、スロットルバルブ２の開弁許可の開始時期について図３（ａ）、（ｂ）を参照して第１気筒１０及び第２気筒２０ごとに具体的に説明する。図３（ａ）は、第１気筒１０の吸気弁１１のリフト量の時間変化のグラフ「ＩＮ１」と、排気弁１３のリフト量の時間変化のグラフ「ＥＸ１」とを示す。また、図３（ｂ）は、第２気筒２０の吸気弁２１のリフト量の時間変化のグラフ「ＩＮ２」と、排気弁２３のリフト量の時間変化のグラフ「ＥＸ２」とを示す。ここで、図３（ａ）、（ｂ）中の時刻「Ｔｓ１」、「Ｔｓ２」は、それぞれクランク角ＣＡがスロットル開許可角度ＴＡｌｉｍとなる時刻を指す。
【００３０】
図３（ａ）に示すように、第１気筒１０の吸気制御では、ＥＣＵ５０は、クランク角ＣＡがスロットル開許可角度ＴＡｌｉｍとなる排気行程中の時刻Ｔｓ１からスロットルバルブ２の開弁を許可する。ここで、時刻Ｔｓ１と閉弁時期ＩＶＣとの時間幅「Ｙ１」は、第１気筒１０の筒内空気量変化が大きくなることに起因した加速ショックが生じる虞が無いスロットルバルブ２の開弁時期と閉弁時期ＩＶＣとの時間幅に相当する。従って、ＥＣＵ５０は、第１気筒１０の吸気制御では、時刻Ｔｓ１以降でスロットルバルブ２の開弁を行うことで、第１気筒１０の筒内空気量変化が過度になるのを抑制し、筒内空気量変化が大きくなることに起因した加速ショックを抑制することができる。
【００３１】
また、図３（ｂ）に示すように、第２気筒２０の吸気制御では、ＥＣＵ５０は、クランク角ＣＡがスロットル開許可角度ＴＡｌｉｍとなる排気行程中の時刻Ｔｓ２からスロットルバルブ２の開弁を許可する。ここで、時刻Ｔｓ２と閉弁時期ＩＶＣとの幅「Ｙ２」は、第２気筒２０の筒内空気量変化が大きくなることに起因した加速ショックが生じる虞が無いスロットルバルブ２の開弁時期と閉弁時期ＩＶＣとの時間幅を示す。従って、ＥＣＵ５０は、第２気筒２０の吸気制御では、時刻Ｔｓ２以降でスロットルバルブ２の開弁を行うことで、第２気筒２０の筒内空気量変化が過度になるのを抑制し、筒内空気量変化が大きくなることに起因した加速ショックを抑制することができる。
【００３２】
また、好適には、ＥＣＵ５０は、上述の制御を、スロットル開度ＴＡの要求値が所定値以上の場合に行う。ここで、上述の「所定値」は、例えば、筒内空気量変化に起因した加速ショックが生じる虞があるスロットル開度ＴＡの要求値に実験等に基づき予め定められる。これにより、ＥＣＵ５０は、加速ショックが生じる虞がある場合に限り、上述の制御を実行し、スロットルバルブ２の開弁時期を不要に制限するのを抑制することができる。
【００３３】
（処理フロー）
図４は、本実施形態における処理手順を示すフローチャートである。図４に示すフローチャートは、ＥＣＵ５０により所定の周期に従い繰り返し実行される。
【００３４】
まず、ＥＣＵ５０は、スロットル開度ＴＡの要求値が所定値以上か否か判定する（ステップＳ１０１）。そして、ＥＣＵ５０は、スロットル開度ＴＡの要求値が所定値以上である場合（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）、筒内空気量の変化が大きくなる虞があると判断し、ステップＳ１０２へ処理を進める。一方、ＥＣＵ５０は、スロットル開度ＴＡの要求値が所定値未満である場合（ステップＳ１０１；Ｎｏ）、筒内空気量変化に起因した加速ショックは生じないと判断し、フローチャートの処理を終了する。
【００３５】
次に、ステップＳ１０２では、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数Ｎｅよりスロットル開許可角度ＴＡｌｉｍを算出する（ステップＳ１０２）。例えば、ＥＣＵ５０は、図２に示すマップを参照し、エンジン回転数Ｎｅから、吸気行程となる気筒に対応するスロットル開許可角度ＴＡｌｉｍを算出する。
【００３６】
そして、ＥＣＵ５０は、クランク角ＣＡがスロットル開許可角度ＴＡｌｉｍに達したか否か判定する（ステップＳ１０３）。即ち、ＥＣＵ５０は、クランク角ＣＡがスロットル開許可角度ＴＡｌｉｍより遅角又はこれと同一であるか否か判定する。そして、ＥＣＵ５０は、クランク角ＣＡがスロットル開許可角度ＴＡｌｉｍに達したと判断した場合（ステップＳ１０３；Ｙｅｓ）、スロットル開度ＴＡの要求値に基づきスロットルバルブ２の開弁を開始する（ステップＳ１０４）。即ち、この場合、ＥＣＵ５０は、スロットルバルブ２の開弁を行っても、閉弁時期ＩＶＣまでの時間幅は加速ショックが生じない程度に短いと判断し、スロットルバルブ２を開弁させる。
【００３７】
一方、ＥＣＵ５０は、クランク角ＣＡがスロットル開許可角度ＴＡｌｉｍ達していないと判断した場合（ステップＳ１０３；Ｎｏ）、引き続きクランク角ＣＡを監視し、クランク角ＣＡがスロットル開許可角度ＴＡｌｉｍに達するまで待機する（ステップＳ１０３）。これにより、閉弁時期ＩＶＣまでの時間幅が長く、加速ショックが生じるおそれがある場合に、スロットルバルブ２の開弁時期を遅らせて、加速ショックを抑制することができる。
【００３８】
［変形例］
図１等の説明では、内燃機関１００は、２気筒を有していた。しかし、本発明が適用可能な構成は、これに限定されず、吸気弁の開弁間隔が長くなること等に起因した加速ショックが生じるおそれがある気筒数を有する内燃機関（エンジン）に対しても、本発明は、好適に適用される。例えば、単気筒エンジンに対しても、好適に適用される。具体的には、２気筒以外の気筒数を有する内燃機関の場合であっても、ＥＣＵ５０は、例えばスロットル開度ＴＡの要求値が所定値以上の場合に、エンジン回転数Ｎｅに基づきスロットル開許可角度ＴＡｌｉｍを定め、クランク角ＣＡが当該スロットル開許可角度ＴＡｌｉｍに達した後、スロットルバルブ２を開弁させる。これにより、２気筒以外の気筒数を有する内燃機関に対しても、好適に筒内空気量変化に起因した加速ショックを抑制することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１ 吸気通路
２ スロットルバルブ
４ 排気通路
１０ 第１気筒
１１、２１ 吸気弁
１２、２２ 電磁駆動機構
１３、２３ 排気弁
１７、２７ 燃焼室
２０ 第２気筒
５０ ＥＣＵ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関を備える車両の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、気筒数が少ない少気筒のエンジンが知られている。例えば、特許文献１には、クランク角が３６０度位相差となるように設定した２気筒エンジンが開示されている。また、特許文献２には、加速要求時に加速終了時の目標スロットル開度を設定し、加速時にスロットル開度を目標スロットル開度よりも小さい側に保持し、その後、スロットル開度を目標スロットル開度に変更する技術が開示されている。さらに、特許文献３には、加速時に、所定期間の間、スロットル開度を目標スロットル開度よりも小さくする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２７５９９０号公報
【特許文献２】特開２００８−２２３５１１号公報
【特許文献３】特開平１０−０４７１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
２気筒エンジンのような気筒数が少ないエンジンでは、吸気行程の時間間隔が長く、かつ、吸気弁の閉弁間隔が長くなることに起因して、吸気脈動が生じ、筒内空気量の予測精度の確保が難しくなる。また、吸気行程の時間間隔が長く、スロットルバルブを開弁するタイミングから吸気弁を閉弁するタイミングまでの時間が長い場合、筒内空気量の変化が大きくなり、スロットルバルブの閉弁時での加速ショックが生じる虞がある。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、筒内空気量変化に起因した加速ショックを抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの観点では、エンジンと、前記エンジンの吸気通路に設けられたスロットルバルブと、前記スロットルバルブの開閉を制御するスロットルバルブ制御手段と、前記スロットルバルブ制御手段による前記スロットルバルブの開弁時期を制限する制御を行うスロットルバルブ開弁時期制限手段と、を備える内燃機関の制御装置であって、前記スロットルバルブ開弁時期制限手段は、前記エンジンの回転数が低回転ほど、前記スロットルバルブ制御手段による前記スロットルバルブの開弁を許可する開始時期を遅角側に設定する。
【０００７】
上記の内燃機関の制御装置は、車両に搭載され、エンジンと、スロットルバルブと、スロットルバルブ制御手段と、スロットルバルブ開弁時期制限手段とを備える。スロットルバルブ制御手段は、例えばＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、スロットルバルブの開閉を制御する。スロットルバルブ開弁時期制御手段は、例えばＥＣＵであり、スロットルバルブ制御手段による前記スロットルバルブの開弁時期を制限する。そして、スロットルバルブ開弁時期制御手段は、エンジンの回転数が低回転ほど、スロットルバルブの開弁を許可する開始時期を遅角側に設定する。
【０００８】
一般に、エンジン回転数が低回転になるほど、吸気行程の時間間隔が長くなり、吸気弁の閉弁間隔が長くなる。従って、内燃機関の制御装置は、エンジン回転数が低回転ほど、スロットルバルブの開弁を許可する開始時期を遅角側に設定することで、スロットルバルブの開弁時期を遅らせる。これにより、内燃機関の制御装置は、スロットルバルブの開弁時期と吸気弁の閉弁時期との時間幅が長くなるのを抑制することができる。従って、内燃機関の制御装置は、過度の筒内空気量変化に起因した加速ショックを抑制することができる。
【０００９】
上記内燃機関の制御装置の一態様では、前記スロットルバルブ開弁時期制限手段は、前記スロットルバルブの要求開度が所定値以上の場合に、前記開弁時期を制限する制御を行う。「所定値」は、例えば、筒内空気量変化に起因した加速ショックが生じる虞があるスロットルバルブの要求開度に実験等に基づき予め定められる。このようにすることで、内燃機関の制御装置は、必要な場合のみ、適切にスロットルバルブの開弁時期を制限し、スロットルバルブの開弁時期を不要に制限するのを抑制することができる。
【００１０】
上記内燃機関の制御装置の他の一態様では、前記エンジンは、単気筒又は２気筒を有するエンジンである。一般に、エンジンの気筒数が少ないほど、吸気行程の時間間隔が長くなり、吸気弁の閉弁間隔が長くなり、加速ショックが発生する蓋然性が高まる。特に、単気筒又は２気筒のエンジンでは、アイドル回転数以上の常用回転数であっても、スロットルバルブの開弁時期と吸気弁の閉弁時期との時間幅が長くなる場合がある。従って、内燃機関の制御装置は、エンジンが単気筒又は２気筒の場合に、スロットルバルブの開弁時期を制限することで、好適に、過度の筒内空気量変化に起因した加速ショックを抑制することができる。
【００１１】
上記内燃機関の制御装置の他の一態様では、前記スロットルバルブ開弁時期制限手段は、前記エンジン回転数が所定回転数未満の場合に、前記開弁時期を制限する制御を行う。「所定回転数」は、気筒数等に基づき定められ、例えば、車種ごとに、筒内空気量変化に起因した加速ショックが生じる虞がないエンジン回転数に実験等に基づき予め定められる。このようにすることで、内燃機関の制御装置は、必要な場合のみスロットルバルブの開弁時期を制限し、スロットルバルブの開弁時期を不要に制限するのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】内燃機関の概略構成の一例を示す。
【図２】エンジン回転数に対するスロットル開許可角度のグラフの一例を示す。
【図３】（ａ）は、第１気筒の吸気弁のリフト量の時間変化のグラフと、排気弁のリフト量の時間変化のグラフとを示す。（ｂ）は、第２気筒の吸気弁のリフト量の時間変化のグラフと、排気弁のリフト量の時間変化のグラフとを示す。
【図４】実施形態における処理手順を示すフローチャートの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１４】
［内燃機関の概略構成］
図１は、本発明に係る内燃機関の制御装置が適用された内燃機関（エンジン）の概略構成図を示す。図中の実線矢印はガスの流れの一例を示している。
【００１５】
内燃機関１００は、主に、吸気通路１と、スロットルバルブ２と、排気通路４と、第１気筒１０と、第２気筒２０とを備える。
【００１６】
吸気通路１には外部から導入された吸気（空気）が通過し、スロットルバルブ２は吸気通路１を通過する吸気の流量を調整する。スロットルバルブ２は、ＥＣＵ５０から供給される制御信号Ｓ２によって開度（以後、「スロットル開度ＴＡ」と呼ぶ。）が制御される。
【００１７】
吸気通路１を通過した吸気は、第１気筒１０の燃焼室１７及び第２気筒２０の燃焼室２７に供給される。また、燃焼室１７には、燃料噴射弁（インジェクタ）１５によって噴射された燃料が供給され、燃焼室２７には、燃料噴射弁２５によって噴射された燃料が供給される。燃料噴射弁１５、２５は、それぞれ、ＥＣＵ５０から送信される制御信号Ｓ１５、Ｓ２５に基づき、燃料噴射量が制御される。
【００１８】
更に、燃焼室１７には、吸気弁１１と排気弁１３とが設けられ、燃焼室２７には、吸気弁２１と排気弁２３とが設けられている。吸気弁１１は、開閉することによって、吸気通路１と燃焼室１７との連通及び遮断を制御し、吸気弁２１は、開閉することによって、吸気通路１と燃焼室２７との連通及び遮断を制御する。また、吸気弁１１には、電磁駆動機構（所謂、電磁カム）１２が設けられ、吸気弁２１には、電磁駆動機構２２が設けられている。電磁駆動機構１２、２２は、それぞれ、制御信号Ｓ１２、Ｓ２２に基づき、吸気弁１１、２１の開弁時期、閉弁時期、及びリフト量などを調整する。排気弁１３は、開閉することによって、燃焼室１７と排気通路４との連通及び遮断を制御し、排気弁２３は、開閉することによって、燃焼室２７と排気通路４との連通及び遮断を制御する。
【００１９】
燃焼室１７、２７では、吸気行程において上記のように供給された吸気と燃料との混合気が、圧縮行程を経た後、それぞれ点火プラグ１４、２４によって点火されることにより膨張行程で燃焼される。この場合、燃焼によってピストン１８、２８が往復運動し、当該往復運動がコンロッド１９、２９を介してクランク軸（不図示）に伝達され、クランク軸が回転する。燃焼室１７、２７での燃焼により発生した排気ガスは、排気行程において排気通路４へ排出される。
【００２０】
アクセル開度センサ３０は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量、即ちアクセル開度を検出する。アクセル開度センサ３０は、検出値を検出信号Ｓ３０によりＥＣＵ５０へ供給する。クランクポジションセンサ３１は、クランク軸の回転位置を検出する。クランクポジションセンサ３１は、検出信号Ｓ３１をＥＣＵ５０へ供給する。
【００２１】
ＥＣＵ５０は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などを備え、内燃機関１００の各構成要素に対して種々の制御を行う。例えば、ＥＣＵ５０は、各種センサの検出値等に基づき吸気弁１１、２１の開弁時の吸気通路１内の圧力を検出又は推定し、所定のマップ等を参照することで、第１気筒１０及び第２気筒２０の筒内空気量を算出する。そして、ＥＣＵ５０は、算出した筒内空気量、アクセル開度センサ３１に基づき検出したアクセル開度、クランクポジションセンサ３１に基づき検出したクランク角（以後、「クランク角ＣＡ」と呼ぶ。）及びエンジン回転数「Ｎｅ」等に基づき内燃機関１００の制御を行う。なお、ＥＣＵ５０は、クランクポジションセンサ３１により検出したクランク軸の回転位置を、所定の基準角度からの角度として算出し、クランク角ＣＡとする。そして、ＥＣＵ５０は、本発明におけるスロットルバルブ制御手段及びスロットルバルブ開弁時期制御手段として機能する。
【００２２】
なお、図１の構成は、一例であり、本発明が適用可能な構成は、必ずしもこれに限定されない。例えば、内燃機関１００は、吸気ポートに燃料噴射弁１５、２５が設置されたポート噴射であったが、これに代えて、またはこれに加えて、燃焼室１７、２７に直接燃料を噴射する筒内噴射であってもよい。また、内燃機関１００は、点火プラグ１４、２４を備えない自己着火方式であってもよい。
【００２３】
［制御方法］
次に、ＥＣＵ５０が実行する制御について具体的に説明する。概略的には、ＥＣＵ５０は、スロットルバルブ２の開弁を、クランク角ＣＡが所定範囲にある場合のみ実行する。これにより、ＥＣＵ５０は、スロットルバルブ２の開弁時期から吸気弁１１、２１の閉弁時期（「閉弁時期ＩＶＣ」とも呼ぶ。）までの時間幅が長くなるのを抑制し、過度な筒内の空気量変化に起因した加速ショックを抑制する。
【００２４】
これについて具体的に説明する。ＥＣＵ５０は、エンジン回転数Ｎｅに基づき、スロットルバルブ２の開弁を許可する開始時期を変化させる。具体的には、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数Ｎｅに応じて、スロットルバルブ２の開弁を許可するクランク角ＣＡの閾値（「スロットル開許可角度ＴＡｌｉｍ」とも呼ぶ。）を設定する。そして、ＥＣＵ５０は、クランク角ＣＡがスロットル開許可角度ＴＡｌｉｍよりも進角にある場合には、スロットルバルブ２の開弁時期から閉弁時期ＩＶＣまでの時間が長くなると判断し、スロットルバルブ２の開弁を許可しない。一方、ＥＣＵ５０は、クランク角ＣＡがスロットル開許可角度ＴＡｌｉｍと同一又は遅角にある場合には、スロットルバルブ２の開弁時期から閉弁時期ＩＶＣまでの時間幅が加速ショックの生じない許容範囲内になると判断し、スロットルバルブ２の開弁を許可する。
【００２５】
ここで、スロットル開許可角度ＴＡｌｉｍの設定方法について、図２を参照して説明する。図２は、各エンジン回転数Ｎｅに対するスロットル開許可角度ＴＡｌｉｍのマップ（グラフ）を示す。図２に示すマップは、例えば筒内空気量変化に起因した加速ショックが発生しないクランク角ＣＡの早限の値を示すように予め実験等に基づき作成され、ＥＣＵ５０のメモリに予め記憶される。
【００２６】
図２に示すように、エンジン回転数Ｎｅが低いほど、スロットル開許可角度ＴＡｌｉｍは、遅角の方向、即ち閉弁時期ＩＶＣでのクランク角ＣＡに近づく方向に設定される。言い換えると、エンジン回転数Ｎｅが低いほど、スロットルバルブ２の開弁を許可するクランク角ＣＡの範囲は狭く設定される。一方、エンジン回転数Ｎｅが高いほど、スロットル開許可角度ＴＡｌｉｍは、進角の方向、即ち閉弁時期ＩＶＣでのクランク角ＣＡから遠ざかる方向に設定される。言い換えると、エンジン回転数Ｎｅが高いほど、スロットルバルブ２の開弁を許可するクランク角ＣＡの範囲は広く設定される。
【００２７】
そして、所定のエンジン回転数「Ｎｅｔｈ」では、スロットル開許可角度ＴＡｌｉｍは、任意のクランク角ＣＡに対してスロットルバルブ２の開弁を許可する値に設定される。エンジン回転数Ｎｅｔｈは、筒内空気量変化に起因した加速ショックが生じる虞がないエンジン回転数の下限値に実験等に基づき予め定められる。このように、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数Ｎｅが筒内空気量変化に起因した加速ショックの虞が無いエンジン回転数Ｎｅｔｈ以上の場合には、不要にスロットルバルブ２の開弁時期を制限するのを防ぐ。
【００２８】
なお、第１気筒１０が吸気行程となるクランク角ＣＡと、第２気筒２０が吸気行程になるクランク角ＣＡとは異なることから、スロットル開許可角度ＴＡｌｉｍは、第１気筒１０及び第２気筒２０ごとに、位相差に応じて異なる値に設定される。この場合、例えば、ＥＣＵ５０が参照するマップは、各エンジン回転数Ｎｅに対応する第１気筒１０及び第２気筒２０のそれぞれのスロットル開許可角度ＴＡｌｉｍを規定する。
【００２９】
ここで、スロットルバルブ２の開弁許可の開始時期について図３（ａ）、（ｂ）を参照して第１気筒１０及び第２気筒２０ごとに具体的に説明する。図３（ａ）は、第１気筒１０の吸気弁１１のリフト量の時間変化のグラフ「ＩＮ１」と、排気弁１３のリフト量の時間変化のグラフ「ＥＸ１」とを示す。また、図３（ｂ）は、第２気筒２０の吸気弁２１のリフト量の時間変化のグラフ「ＩＮ２」と、排気弁２３のリフト量の時間変化のグラフ「ＥＸ２」とを示す。ここで、図３（ａ）、（ｂ）中の時刻「Ｔｓ１」、「Ｔｓ２」は、それぞれクランク角ＣＡがスロットル開許可角度ＴＡｌｉｍとなる時刻を指す。
【００３０】
図３（ａ）に示すように、第１気筒１０の吸気制御では、ＥＣＵ５０は、クランク角ＣＡがスロットル開許可角度ＴＡｌｉｍとなる排気行程中の時刻Ｔｓ１からスロットルバルブ２の開弁を許可する。ここで、時刻Ｔｓ１と閉弁時期ＩＶＣとの時間幅「Ｙ１」は、第１気筒１０の筒内空気量変化が大きくなることに起因した加速ショックが生じる虞が無いスロットルバルブ２の開弁時期と閉弁時期ＩＶＣとの時間幅に相当する。従って、ＥＣＵ５０は、第１気筒１０の吸気制御では、時刻Ｔｓ１以降でスロットルバルブ２の開弁を行うことで、第１気筒１０の筒内空気量変化が過度になるのを抑制し、筒内空気量変化が大きくなることに起因した加速ショックを抑制することができる。
【００３１】
また、図３（ｂ）に示すように、第２気筒２０の吸気制御では、ＥＣＵ５０は、クランク角ＣＡがスロットル開許可角度ＴＡｌｉｍとなる排気行程中の時刻Ｔｓ２からスロットルバルブ２の開弁を許可する。ここで、時刻Ｔｓ２と閉弁時期ＩＶＣとの幅「Ｙ２」は、第２気筒２０の筒内空気量変化が大きくなることに起因した加速ショックが生じる虞が無いスロットルバルブ２の開弁時期と閉弁時期ＩＶＣとの時間幅を示す。従って、ＥＣＵ５０は、第２気筒２０の吸気制御では、時刻Ｔｓ２以降でスロットルバルブ２の開弁を行うことで、第２気筒２０の筒内空気量変化が過度になるのを抑制し、筒内空気量変化が大きくなることに起因した加速ショックを抑制することができる。
【００３２】
また、好適には、ＥＣＵ５０は、上述の制御を、スロットル開度ＴＡの要求値が所定値以上の場合に行う。ここで、上述の「所定値」は、例えば、筒内空気量変化に起因した加速ショックが生じる虞があるスロットル開度ＴＡの要求値に実験等に基づき予め定められる。これにより、ＥＣＵ５０は、加速ショックが生じる虞がある場合に限り、上述の制御を実行し、スロットルバルブ２の開弁時期を不要に制限するのを抑制することができる。
【００３３】
（処理フロー）
図４は、本実施形態における処理手順を示すフローチャートである。図４に示すフローチャートは、ＥＣＵ５０により所定の周期に従い繰り返し実行される。
【００３４】
まず、ＥＣＵ５０は、スロットル開度ＴＡの要求値が所定値以上か否か判定する（ステップＳ１０１）。そして、ＥＣＵ５０は、スロットル開度ＴＡの要求値が所定値以上である場合（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）、筒内空気量の変化が大きくなる虞があると判断し、ステップＳ１０２へ処理を進める。一方、ＥＣＵ５０は、スロットル開度ＴＡの要求値が所定値未満である場合（ステップＳ１０１；Ｎｏ）、筒内空気量変化に起因した加速ショックは生じないと判断し、フローチャートの処理を終了する。
【００３５】
次に、ステップＳ１０２では、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数Ｎｅよりスロットル開許可角度ＴＡｌｉｍを算出する（ステップＳ１０２）。例えば、ＥＣＵ５０は、図２に示すマップを参照し、エンジン回転数Ｎｅから、吸気行程となる気筒に対応するスロットル開許可角度ＴＡｌｉｍを算出する。
【００３６】
そして、ＥＣＵ５０は、クランク角ＣＡがスロットル開許可角度ＴＡｌｉｍに達したか否か判定する（ステップＳ１０３）。即ち、ＥＣＵ５０は、クランク角ＣＡがスロットル開許可角度ＴＡｌｉｍより遅角又はこれと同一であるか否か判定する。そして、ＥＣＵ５０は、クランク角ＣＡがスロットル開許可角度ＴＡｌｉｍに達したと判断した場合（ステップＳ１０３；Ｙｅｓ）、スロットル開度ＴＡの要求値に基づきスロットルバルブ２の開弁を開始する（ステップＳ１０４）。即ち、この場合、ＥＣＵ５０は、スロットルバルブ２の開弁を行っても、閉弁時期ＩＶＣまでの時間幅は加速ショックが生じない程度に短いと判断し、スロットルバルブ２を開弁させる。
【００３７】
一方、ＥＣＵ５０は、クランク角ＣＡがスロットル開許可角度ＴＡｌｉｍ達していないと判断した場合（ステップＳ１０３；Ｎｏ）、引き続きクランク角ＣＡを監視し、クランク角ＣＡがスロットル開許可角度ＴＡｌｉｍに達するまで待機する（ステップＳ１０３）。これにより、閉弁時期ＩＶＣまでの時間幅が長く、加速ショックが生じるおそれがある場合に、スロットルバルブ２の開弁時期を遅らせて、加速ショックを抑制することができる。
【００３８】
［変形例］
図１等の説明では、内燃機関１００は、２気筒を有していた。しかし、本発明が適用可能な構成は、これに限定されず、吸気弁の開弁間隔が長くなること等に起因した加速ショックが生じるおそれがある気筒数を有する内燃機関（エンジン）に対しても、本発明は、好適に適用される。例えば、単気筒エンジンに対しても、好適に適用される。具体的には、２気筒以外の気筒数を有する内燃機関の場合であっても、ＥＣＵ５０は、例えばスロットル開度ＴＡの要求値が所定値以上の場合に、エンジン回転数Ｎｅに基づきスロットル開許可角度ＴＡｌｉｍを定め、クランク角ＣＡが当該スロットル開許可角度ＴＡｌｉｍに達した後、スロットルバルブ２を開弁させる。これにより、２気筒以外の気筒数を有する内燃機関に対しても、好適に筒内空気量変化に起因した加速ショックを抑制することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１ 吸気通路
２ スロットルバルブ
４ 排気通路
１０ 第１気筒
１１、２１ 吸気弁
１２、２２ 電磁駆動機構
１３、２３ 排気弁
１７、２７ 燃焼室
２０ 第２気筒
５０ ＥＣＵ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、
前記エンジンの吸気通路に設けられたスロットルバルブと、
前記スロットルバルブの開閉を制御するスロットルバルブ制御手段と、
前記スロットルバルブ制御手段による前記スロットルバルブの開弁時期を制限する制御を行うスロットルバルブ開弁時期制限手段と、
を備える内燃機関の制御装置であって、
前記スロットルバルブ開弁時期制限手段は、
前記エンジンの回転数が低回転ほど、前記スロットルバルブ制御手段による前記スロットルバルブの開弁を許可する開始時期を遅角側に設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記スロットルバルブ開弁時期制限手段は、
前記スロットルバルブの要求開度が所定値以上の場合に、前記開弁時期を制限する制御を行う請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記エンジンは、単気筒又は２気筒を有するエンジンであることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記スロットルバルブ開弁時期制限手段は、
前記エンジン回転数が所定回転数未満の場合に、前記開弁時期を制限する制御を行う請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
エンジンと、
前記エンジンの吸気通路に設けられたスロットルバルブと、
前記スロットルバルブの開閉を制御するスロットルバルブ制御手段と、
前記スロットルバルブ制御手段による前記スロットルバルブの開弁時期を制限する制御を行うスロットルバルブ開弁時期制限手段と、
を備える内燃機関の制御装置であって、
前記スロットルバルブ開弁時期制限手段は、
前記エンジンの回転数が低回転ほど、前記スロットルバルブ制御手段による前記スロットルバルブの開弁を許可する開始時期を遅角側に設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記スロットルバルブ開弁時期制限手段は、
前記スロットルバルブの要求開度が所定値以上の場合に、前記開弁時期を制限する制御を行う請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記エンジンは、単気筒又は２気筒を有するエンジンであることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記スロットルバルブ開弁時期制限手段は、
前記エンジン回転数が所定回転数未満の場合に、前記開弁時期を制限する制御を行う請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２１９７９９（Ｐ２０１２−２１９７９９Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８９９０７（Ｐ２０１１−８９９０７）
【出願日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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