(57)【要約】  【課題】吸入空気量を上限となる空気量を上回らないように制限することにより、下り坂を走行中に内燃機関の過回転の抑制を図ることを目的とする。  【解決手段】車両に搭載される内燃機関において、内燃機関の最高出力を発生する機関回転数近傍を上回る機関回転数の運転領域において機関出力を低減するように吸入空気量を制限する内燃機関の吸入空気量制御方法であって、吸入空気量の制限を、機関回転数が高くなるほど大きくし、かつ内燃機関の負荷が小さくなるほど小さくする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される内燃機関において、内燃機関の最高出力を発生する機関回転数近傍を上回る機関回転数の運転領域において機関出力を低減するように吸入空気量を制限する内燃機関の吸入空気量制御方法であって、
吸入空気量の制限を、機関回転数が高くなるほど大きくし、かつ内燃機関の負荷が小さくなるほど小さくする内燃機関の吸入空気量制御方法。
【請求項２】
内燃機関が、機関回転数及び負荷に基づいて吸気弁と排気弁との少なくとも一つの開閉タイミングを制御する可変バルブタイミング制御装置を備えてなり、
吸入空気量の制限を、可変バルブタイミング制御装置により開閉タイミングの変更量を制御して行う内燃機関の吸入空気量制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車などの車両に搭載される内燃機関の吸入空気量制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、平坦路を走行する場合の車両の最高車速は、車両の走行抵抗とエンジンの最大駆動力（トルク）とが一致する状態で発生する。車両のこのような最高車速は、走行中の路面の勾配がマイナスの場合、つまり下り坂を車両が走行する場合、走行抵抗が低くなるために平坦路を走行する場合に比較して、高くなる。
【０００３】
ところで、貨物用車両などで、排気量が低いエンジンと減速比が大きい変速機とを搭載するものでは、上述した最高車速におけるエンジン回転数が、エンジンの最高回転数に近似する場合がある。このような車両にあっては、下り坂を走行中に最高車速となるとエンジン回転数が最高回転数を超える場合があり、エンジンの信頼性の上では好ましくない事態となる。
【０００４】
このような事態に対して、車両の速度を制限するために、燃料カット制御や点火時期遅角制御などを実行し、エンジンのトルクを制限することが考えられている。しかしながら、燃料カット制御にあっては、燃料カットを実行した場合のトルクの低下が大きいため、燃料カットと燃料カット復帰とを繰り返す必要がある。そのため、トルクが降下と上昇を繰り返すことになり、上述したような貨物用車両などではドライバビリティが低下することになった。また、点火時期遅角制御にあっては、点火時期を遅角することにより排気ガス温度が上昇し、その結果トルクの低下の余裕度が小さく、下り勾配の如何によっては効果が期待できない。
【０００５】
ところで、例えば吸気弁の開閉タイミング（バルブタイミング）を制御する可変バルブタイミング制御装置を備えるエンジンでは、排気弁に対する吸気弁の開タイミングを進角あるいは遅角させることにより、運転状態毎の出力や燃費を向上させるようにしている。
【０００６】
この種のエンジンにあって、例えば特許文献１のもののように、エンジンの運転状態を検出し、検出した運転状態が過酷運転領域における運転状態である場合は、吸排気弁の開閉時期相対位相を機関低出力側に選択するようにようにして、エンジンのトルクを制限するものがある。この特許文献１における過酷運転領域は、エンジン回転数が所定値以上であるか否かで判断している。
【０００７】
しかしながら、過酷運転領域を検出するための予め設定された判定回転数を、平坦路の走行時のものとしている場合は、上述したような下り坂の走行時には、エンジンの最高回転数を上回る可能性が生じるため、判定回転数を低回転数に設定すると、最高出力発生前のエンジン回転数で過酷運転領域を検出し、エンジン出力を低下させる。このため、早期にエンジン出力が低下することで、ドライバビリティが低下することになる
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６０‐２４０８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで本発明は以上の点に着目し、吸入空気量を上限となる空気量を上回らないように制限することにより、下り坂を走行中に内燃機関が過回転の運転状態になることを抑制することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち、本発明の内燃機関の吸入空気量制御方法は、車両に搭載される内燃機関において、内燃機関の最高出力を発生する機関回転数近傍を上回る機関回転数の運転領域において機関出力を低減するように吸入空気量を制限する内燃機関の吸入空気量制御方法であって、吸入空気量の制限は、機関回転数が高くなるほど大きくし、かつ内燃機関に対する負荷が小さくなるほど小さくすることを特徴とする。
【００１１】
このような構成によれば、吸入空気量の制限を、機関回転数が高くなるほど大きく、かつ内燃機関に対する負荷が小さくなるほど小さくすることにより、吸入空気量が機関回転数及び負荷の変化に応じて増加すること抑える。これにより、内燃機関の出力を低下させ、最高出力を発生する機関回転数近傍より上の回転数の運転領域において、仮に下り坂などの走行状態においても、ドライバビリティを損なうことなく、内燃機関の過回転を抑制することが可能になる。
【００１２】
内燃機関のポンピングロスを低減するためには、内燃機関が、機関回転数及び負荷に基づいて吸気弁と排気弁との少なくとも一つの開閉タイミングを制御する可変バルブタイミング制御装置を備えてなり、吸入空気量の制限は、可変バルブタイミング制御装置により開閉タイミングの変更量を制御して行うものが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、以上説明したような構成であり、最高出力を発生する機関回転数近傍より上の回転数の運転領域において、仮に下り坂などの走行状態においても、ドライバビリティを損なうことなく、内燃機関の過回転を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態の概略構成を示す構成説明図。
【図２】同実施形態の制御手順の概略を示すフローチャート。
【図３】同実施形態の作用説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１６】
図１に１気筒の構成を概略的に示した三気筒のエンジン１００は、例えば自動車に搭載されるものである。自動車は、例えば貨物運搬用のもので、エンジン１００に接続される変速機は、減速比の高いものである。このエンジン１００は、吸気系１、シリンダ２及び排気系５を備えている。吸気系１には、図示しないアクセルペダルに応じて開閉するスロットル弁１１が設けてあり、そのスロットル弁１１の下流には、サージタンク１３を一体に有する吸気マニホルド１２が取り付けてある。この実施形態のスロットル弁１１は、いわゆる電子スロットルであり、図示しないアクチュエータにより開閉される。アクチュエータは、アクセルペダルの操作量により作動するとともに、後述する吸入空気量制御にあってはアクセルペダルの操作量に依存することなく作動して、スロットル弁１１の開度を変更する。このアクチュエータは、後述する電子制御装置４から出力される駆動信号により制御される。
【００１７】
シリンダ２上部に形成される燃焼室２３の天井部には、点火プラグ８が取り付けてある。吸気マニホルド１２の吸気ポート側端部には、燃料噴射弁３が取り付けてある。この燃料噴射弁３は、電子制御装置４により制御される。
【００１８】
このエンジン１００は、吸気弁２1の開閉タイミングを変更するための可変バルブタイミング機構９を備えている。可変バルブタイミング機構９は、いわゆる揺動シリンダ機構を利用したもので、吸気カムシャフト９１に固定されたロータと、ロータの外側に嵌められるハウジングと、ロータに対してハウジングを回動させるための電磁式４方向切換制御弁であるオイルコントロールバルブ９２と、互いに噛み合うように一方をハウジングに取り付けて他方を排気カムシャフト９３に固定した一対のギア９４，９５と、排気カムシャフト９３の端部に取り付けられてクランク角度信号及び気筒判別用信号を出力するクランクセンサ９６と、吸気カムシャフト９１の端部に取り付けられて２４０°ＣＡ（クランク角度）回転する毎に排気カム信号を出力するタイミングセンサ９７とを備える構成である。可変バルブタイミング機構９と電子制御装置４とにより、可変バルブタイミング制御装置が構成される。
【００１９】
このような構成において、吸気弁２１の開閉タイミング、つまりバルブタイミングは、電子制御装置４から出力される開閉タイミング信号ｐにより可変バルブタイミング機構９が作動して変更されるものである。すなわち、可変バルブタイミング機構９は、開閉タイミング信号ｐを受けると、ハウジングに流出入する作動油の方向及び量をオイルコントロールバルブ９２により制御する。これにより、ロータに対するハウジングの相対角度が変化し、吸気カムシャフト９１と排気カムシャフト９３との間に所望の回転位相差を生じさせて、バルブタイミングを可変制御するものである。つまり、クランクシャフトの回転に対して、排気弁２４を常に一定のタイミングで開閉させつつ、吸気弁２１の開閉タイミングを変化させることにより、吸気弁２１の開閉タイミングと排気弁２４の開閉タイミングとの相対位相差を所定角度範囲内で自在に変化させることができる。このように、吸気弁２１のバルブタイミングを調整することにより、吸気弁２１と排気弁２４とが同時に開いている際のオーバーラップ量を調整することができ、適正に内部ＥＧＲガス量を制御することができる。
【００２０】
電子制御装置４は、中央演算装置４１と、記憶装置４２と、入力インターフェース４３と、出力インターフェース４４とを備えてなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されている。中央演算装置４１は、記憶装置４２に格納された、以下に説明する種々のプログラムを実行して、エンジン１００の運転を制御するものである。中央演算装置４１には、エンジン１００の運転制御に必要な情報が入力インターフェース４３を介して入力されるとともに、中央演算装置４１は、燃料制御弁３、オイルコントロールバルブ９２などに対して制御信号を、出力インターフェース４４を介して出力する。
【００２１】
具体的には、入力インターフェース４３には、吸気マニホルド１２に流入する空気空気の圧力すなわち吸気管圧力を検出するための吸気圧センサ７１から出力される吸気圧信号ａ、エンジン回転数を検出するための回転数センサ７２から出力される回転数信号ｂ、車速を検出するための車速センサ７３から出力される車速信号ｃ、スロットル弁１１の開閉状態を検出するためのスロットル開度センサ７４から出力されるスロットル開度信号ｄ、エンジン１００の冷却水温度を検出するための水温センサ７６から出力される水温信号ｆ、排気系５を構成する排気マニホルド５３の三元触媒５２側の端部近傍に取り付けられるＯ2センサ５１から出力される電圧信号ｈなどが入力される。一方、出力インターフェース４４からは、点火プラグ８に対して点火信号ｍ、燃料噴射弁３に対して燃料噴射信号ｎ、可変バルブタイミング機構９のオイルコントロールバルブ９２に対して開閉タイミング信号ｐ、スロットル弁１１のアクチュエータの駆動信号などが出力される。
【００２２】
このような構成において、電子制御装置４は、エアフロメータ７１から出力される空気流量信号ａと回転数センサ７２から出力される回転数信号ｂとを主な情報として、運転状態に応じて設定される係数を用いて燃料噴射量を演算し、燃料噴射量に対応する燃料噴射時間つまり燃料噴射弁３に対する通電時間を決定し、その決定された通電時間により燃料噴射弁３を制御して、燃料を吸気系１に噴射させる。このような燃料噴射制御自体は、この分野で知られているものを適用するものであってよい。
【００２３】
また、電子制御装置４には、エンジン１００の最高出力を発生するエンジン回転数近傍を上回るエンジン回転数の運転領域においてトルクを低減するように吸入空気量を制限する吸入空気量制御プログラムが格納してある。この吸入空気量制御プログラムにあっては、吸入空気量の制限は、エンジン回転数が高くなるほど大きくし、かつエンジン１００に対する負荷が小さくなるほど小さくするように、プログラムしてある。この吸入空気量制御プログラムの動作を、図２を交えて以下に説明する。なお、この吸入空気量補正プログラムは、発進加速時や高速走行中における加速時などのスロットル弁１１が開度の高い状態で開いている場合、言い換えればエンジン１００が高負荷の状態で運転されている場合に実行される。
【００２４】
まず、ステップＳ１では、エンジン回転数が判定回転数を上回ったか否かを判定する。判定回転数は、エンジン１００の出力、つまりトルクが最大になるエンジン回転数に対応させて設定している。この判定回転数は、エンジン１００の最大トルクになるエンジン回転数の近傍における回転数で設定するものであってもよい。
【００２５】
ステップＳ２では、エンジン回転数が判定回転数を上回った時点におけるエンジン回転数と負荷とを検出する。負荷は、吸気圧センサ７１から出力される吸気圧信号ａにより検出する。
【００２６】
ステップＳ３では、検出したエンジン回転数と負荷とに基づいて、吸入空気量を制限する限界値を設定する。吸入空気量の限界値は、あらかじめ適合によりその代表値が設定してあるマップを用いて設定するもので、マップにないエンジン回転数及び負荷の場合には、補間計算を行って設定するものである。限界値は、エンジン回転数が高くなるほど制限が大きくなるように小さく設定し、かつエンジン１００の負荷が小さくなるほど制限が小さくなるように大きく設定する。したがって、エンジン回転数が高くなるにしたがって限界値は小さな値に設定され、かつエンジン１００の負荷が小さくなるにしたがって限界値は大きな値に設定されて、エンジン１００の最高回転数に至るまでに吸入空気量が制限される。
【００２７】
ステップＳ４では、ステップＳ３において設定した限界値を吸入空気量が超えないように、吸入空気量を制限する。具体的には、吸入空気量が限界値以下を維持するように、このプログラムを実行している時点と限界値との差が０以下となるようにスロットル弁１１を閉じる方向にアクチュエータを作動させて、吸入空気量が多くとも設定した限界値になるようにするものである。
【００２８】
このような構成において、例えば自動車が下り勾配の道路を走行している場合を、図３を交えて説明する。平坦路において最も減速比が低い変速段を使用して、アクセルペダルを踏み代がなくなるまで操作して、つまりスロットル弁１１を全開にして自動車を走行させている場合に、最大トルクと平坦路における走行抵抗とが一致した時点で、その時の変速段により可能な最高車速となる。
【００２９】
この後、その最高車速の状態で、アクセルペダルの操作量は変化させずに平坦路から下り勾配の道路に移ると、下り勾配により走行抵抗が低くなる。これにより、自動車は平坦路における最高車速を上回って走行を継続することになる。このため、エンジン回転数は、判定回転数を上回り、吸気管圧力（負圧）が上昇してエンジン１００の負荷が増加することで、吸入空気量も増加することになる。
【００３０】
このような運転状態において、エンジン回転数は下り勾配の道路の走行により判定回転数を上回っていると、ステップＳ１〜ステップＳ４が実行されて、スロットル弁１１を制御することによって吸入空気量が車速の増加に伴って増加することを、その時のエンジン回転数と負荷とに応じた限界値に制限する。つまり車速の上昇によるエンジン回転数の上昇、それに伴う吸気管負圧の上昇による吸入空気量の増加を、スロットル弁１１を閉じ側に、したがって吸入空気量が減少する側に制御することで、限界値以下の状態を維持するように制限するものである。
【００３１】
このように吸入空気量の増加を制限することにより、図３に一点鎖線で示すように、最大トルクとなるエンジン回転数を上回るエンジン回転数の運転領域において、トルクが低下する。これによって、車速が低下し、それに伴ってエンジン回転数が降下して、下り勾配を走行していてもエンジン回転数がエンジン１００の最高回転数に至ることなく、走行を継続することができる。
【００３２】
この場合に、例えば燃料カット制御のように、トルクがなくなる運転状態により全体としてのトルクを低下させるものではないので、判定回転数を上回る運転領域におけるトルクの低下を、断続的になることなく円滑に達成することができる。したがって、スロットル弁１１を全開で下り勾配の道路を走行する際に、ドライバビリティを損なうことなくエンジン１００の過回転を抑制することができる。
【００３３】
さらに、例えば点火時期を遅角させてトルクを低下させる場合にあっては、排気ガス温度が上昇して、三元触媒５２の温度を上昇させる可能性があるためにトルクを低下させる余裕が少ないが、吸入空気量を減量することによりトルクを低下させているので、このように排気ガス温度が上昇することがなく、トルクを十分に低下させることができる。
【００３４】
なお、上述の実施形態とは別に、可変バルブタイミング機構９により吸気弁２１のバルブタイミングを、エンジン回転数及び負荷に基づいて変更つまり進角することにより、吸入空気量を制限するものであってよい。上述のステップＳ３において、吸入空気量の限界値を設定する場合に、吸気弁２１のバルブタイミングを設定し、設定したバルブタイミングに基づいて吸入空気量を減量できる量を換算して限界値を設定するものである。
【００３５】
すなわち吸気弁２１のバルブタイミングを進角することにより、吸気弁２１と排気弁２４とが同時に開いているバルブオーバラップ量を増加させて、排気ガスの一部をシリンダ２内に残留させる（内部ＥＧＲ）。このようにして、排気ガスの一部が残留することにより、その残留量（内部ＥＧＲガス量）の分だけ新気の吸入空気量が減るので、残留量が吸入空気量の増加を制限する量になり、限界値を設定することができる。
【００３６】
このように、スロットル弁１１による吸入空気量の制限ではないので、ポンピングロスが生じることもなく、円滑にトルクを低下させることができ、エンジン１００の過回転を抑制することができる。
【００３７】
上述の実施形態にあっては、吸気圧センサ７１によりエンジン１００の負荷を検出したが、スロットル弁の開度を検出し、スロットル開度に基づいて負荷を検出するものであってもよい。
【００３８】
さらに、吸入空気量の限界値を設定する際の負荷に代えて、自動車（車両）の姿勢すなわち勾配を検出し、検出した勾配に基づいて吸入空気量の限界値を設定する、つまりスロットル弁１１の開度、あるいは吸気弁２１のバルブタイミングの進角量を設定するものであってもよい。この場合に、勾配が負に大きくなるに応じて吸入空気量の限界値を小さく、言い換えれば吸入空気量の制限を強化するように設定するものである。
【００３９】
上述の実施形態では、吸気弁２１のバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング機構を説明したが、吸気弁２１のバルブタイミングを変更せずに排気弁２４のバルブタイミングを変更するものであってもよい。また、吸気弁２１と排気弁２４との両弁のバルブタイミングを変更し得るものであってもよい。さらに、可変バルブタイミング機構は、上述した油圧式のものではなく、電気式のものであってもよい。
【００４０】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の活用例として、減速比が低い変速機を備える車両に適用すると、効果的である。
【符号の説明】
【００４２】
４…電子制御装置
９…可変バルブタイミング機構
１１…スロットル弁
７１…エアフロメータ
７２…回転数センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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