(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃機関の温度が低い冷機時のアイドル回転数の安定化を図る。【解決手段】内燃機関の始動後、内燃機関の温度が所定以上に高まるまでの期間において、吸気量を調節するためのＩＳＣ（Ｉｄｌｅ  Ｓｐｅｅｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）バルブ３６の開度の基本量を、内燃機関の温度に応じて設定するとともに、当該バルブの開度の補正量を、空燃比センサ４３を介して検出される排気ガスの空燃比と目標空燃比との偏差に応じて設定し、基本量に補正量を加味した開度に当該バルブ３６を操作する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の始動後、内燃機関の温度が所定以上に高まるまでの期間において、
吸気量を調節するためのバルブの開度の基本量を、内燃機関の温度に応じて設定するとともに、
前記バルブの開度の補正量を、空燃比センサを介して検出される排気ガスの空燃比と目標空燃比との偏差に応じて設定し、
前記基本量に前記補正量を加味した開度に前記バルブを操作する内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷間始動の際等、内燃機関や駆動系の各部が冷えているとメカロスが大きくなる。燃費性能を追求するためには、始動した内燃機関及び駆動系を速やかに温めることが望ましい。そこで、内燃機関の始動直後からしばらくの期間、燃料噴射量を増量補正し、アイドル回転数を上昇させて、内燃機関及び駆動系の昇温を促す暖機を行うことが通例となっている。
【０００３】
従来、内燃機関の始動直後の時期における、アイドル運転中のＩＳＣ（Ｉｄｌｅ  Ｓｐｅｅｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）バルブまたは電子スロットルバルブの開度は、専ら内燃機関の冷却水温のみに基づいて決定していた。内燃機関や駆動系の温度が低い冷機時は、エンジンオイルやトランスミッションフルードの粘性が高い。だが、冷機時のメカロスがどれほどの大きさになるのかは、必ずしも明らかでない。その上、各種補機の負荷の変動や燃料の性状、吸気絞りバルブの公差等の影響が加わることから、アイドル運転中のエンジン回転数を最適な回転数に収束させることは難しい。故に、内燃機関の冷却水温の高低に応じて当該バルブの開度を機械的に操作することとし、アイドル回転数を成り行きに任せていた（例えば、下記特許文献を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２８３６４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、当該バルブの開度を内燃機関の冷却水温のみに基づいて決定することは、アイドル回転数の不安定化を招く。アイドル回転数の変動は、車両の振動となって表れる。また、アイドル回転数が不必要に高いと、車両の発進時の加速度が大きくなり、車両が飛び出すかのような感覚を搭乗者に与えてしまう。逆に、アイドル回転数が衰えることで、エンジンストールに陥るおそれも否定できない。
【０００６】
以上の問題に着目してなされた本発明は、冷機時のアイドル回転数の安定化を図ることを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、内燃機関の始動後、内燃機関の温度が所定以上に高まるまでの期間において、吸気量を調節するためのバルブの開度の基本量を、内燃機関の温度に応じて設定するとともに、前記バルブの開度の補正量を、空燃比センサを介して検出される排気ガスの空燃比と目標空燃比との偏差に応じて設定し、前記基本量に前記補正量を加味した開度に前記バルブを操作する内燃機関の制御装置を構成した。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、冷機時のアイドル回転数をより安定化させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態における内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。
【図２】同実施形態における車両の駆動系の構成を示す図。
【図３】同実施形態の制御装置による制御の模様を示すタイミング図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の４ストロークガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
【００１１】
吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。加えて、吸気通路３における、スロットルバルブ３２の上流側と下流側とを短絡するバイパス流路３５には、当該流路３５を流れる吸気の量を調節するためのＩＳＣバルブ３６を設けてある。
【００１２】
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させたことで生じる排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。
【００１３】
排気通路４における触媒４１の上流及び下流には、排気通路を流通する排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ４３、４４を設置する。空燃比センサ４３、４４はそれぞれ、排気ガスの空燃比に対して非線形な出力特性を有するＯ2センサであってもよく、排気ガスの空燃比に比例した出力特性を有するリニアＡ／Ｆセンサであってもよい。本実施形態では、触媒４１の上流側の空燃比センサ４３をリニアＡ／Ｆセンサとし、触媒４１の下流側の空燃比センサ４４をＯ2センサとする。Ｏ2センサ４４は、排気ガス中の酸素濃度に応じた電圧信号を出力するもので、その出力特性は、理論空燃比近傍の範囲では空燃比に対する出力の変化率が大きく急峻な傾きを示し、それよりも空燃比が大きいリーン領域では低位飽和値に漸近し、空燃比が小さいリッチ領域では高位飽和値に漸近する、いわゆるＺ特性曲線を描く。
【００１４】
図２に、車両が備える駆動系の例を示す。この駆動系は、トルクコンバータ７及び自動変速機８、９を備えてなる。特に、本実施形態では、自動変速機８、９の構成要素として、遊星歯車機構を利用した前後進切換装置８、及び無段変速機の一種であるベルト式ＣＶＴ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）９を採用している。
【００１５】
内燃機関が出力する回転トルクは、内燃機関のクランクシャフトからトルクコンバータ７の入力側のポンプインペラ７１に入力され、出力側のタービンランナ７２に伝達される。タービンランナ７２の回転は、前後進切換装置８を介してＣＶＴ９の駆動軸９４に伝わり、ＣＶＴ９における変速を経て従動軸９５を回転させる。従動軸９５の回転は、出力ギア１０１に伝達される。出力ギア１０１は、デファレンシャル装置のリングギア１０２と噛合し、デファレンシャル装置を介して車軸１０３及び駆動輪（図示せず）を回転させる。
【００１６】
トルクコンバータ７は、ロックアップ機構を備える。ロックアップ機構は、この分野では既知のもので、トルクコンバータ７の入力側と出力側とを相対回動不能に締結するロックアップクラッチ７３と、ロックアップクラッチ７３を断接切換駆動するための作動液圧（油圧）を制御するロックアップソレノイドバルブ（図示せず）とを要素とする。ロックアップソレノイドバルブは、制御信号ｌを受けてその開度を変化させる流量制御弁である。
【００１７】
ＣＶＴ９を搭載した車両においては、車速が所定値（例えば、１０ｋｍ／ｈ）以上である場合、ほぼ常時トルクコンバータ７をロックアップする。車速が所定値以下となれば、トルクコンバータ７のロックアップを解除する。
【００１８】
前後進切換装置８は、そのサンギア８１がタービンランナ７２と連絡し、リングギア８２が駆動軸９４と連絡している。プラネタリギア８３１を支持するプラネタリキャリア８３と変速機ケースとの間には、断接切換可能な液圧クラッチたるフォワードブレーキ８４を介設している。また、プラネタリキャリア８３とサンギア８１（または、トルクコンバータ７の出力側）との間にも、断接切換可能な液圧クラッチたるリバースクラッチ８５を介設している。
【００１９】
走行レンジのうちのＤレンジでは、フォワードブレーキ８４を締結し、リバースクラッチ８５を切断する。これにより、トルクコンバータ７の出力軸の回転が逆転されかつ減速されて駆動軸９４に伝達され、前進走行となる。翻って、Ｒレンジでは、リバースクラッチ８５を締結し、フォワードブレーキ８４を切断する。これにより、サンギア８１とプラネタリキャリア８３とが一体的に回転し、トルクコンバータ７の出力軸と駆動軸９４とが直結して後進走行となる。フォワードブレーキ８４またはリバースクラッチ８５を断接切換駆動するための作動液圧を制御するソレノイドバルブ（図示せず）は、制御信号ｍを受けてその開度を変化させる流量制御弁である。
【００２０】
非走行レンジであるＮレンジ、Ｐレンジでは、フォワードブレーキ８４及びリバースクラッチ８５をともに切断する。
【００２１】
ＣＶＴ９は、駆動プーリ９１及び従動プーリ９２と、両プーリ９１、９２に巻き掛けられたベルト９３とを要素とする。駆動プーリ９１は、駆動軸９４に固定した固定シーブ９１１と、駆動軸９１上にローラスプラインを介して軸方向に変位可能に支持させた可動シーブ９１２と、可動シーブ９１２の後背に配設された液圧サーボ９１３とを有しており、液圧サーボ９１３を操作し可動シーブ９１２を変位させることを通じて変速比を無段階に変更できる。並びに、従動プーリ９２は、従動軸９５に固設した固定シーブ９２１と、従動軸９５上にローラスプラインを介して軸方向に変位可能に支持させた可動シーブ９２２と、可動シーブ９２２の後背に配設された液圧サーボ９２３とを有しており、液圧サーボ９２３を操作し可動シーブ９２２を変位させることを通じてトルク伝達に必要なベルト推力を与える。
【００２２】
走行レンジを操作するべくフォワードブレーキ８４またはリバースクラッチ８５に供給される作動液（作動油）、及び変速比を操作するべく液圧サーボ９１３、９２３に供給される作動液は、トルクコンバータ７に用いられる流体と共通である。この流体は、トランスミッションフルード（ＣＶＴＦ）と呼称される。トランスミッションフルードは、前後進切換装置８やＣＶＴ９のベルト９３等の潤滑、並びにベルト９３のプーリ９１、９２に対する滑り摩擦の抑止等にも用いられる。
【００２３】
本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
【００２４】
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、内燃機関の温度を示唆する冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｅ、触媒４１の上流側における排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ４３から出力される空燃比信号ｆ、触媒４１の下流側における排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ４４から出力される空燃比信号ｇ、シフトレバーのレンジを知得するためのセンサ（または、シフトポジションスイッチ）から出力されるシフトレンジ信号ｈ等が入力される。
【００２５】
出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、ＩＳＣバルブ３６に対して開度操作信号ｋ、ロックアップクラッチ７３の断接切換用のロックアップソレノイドバルブに対して開度制御信号ｌ、フォワードブレーキ８４またはリバースクラッチ８５の断接切換用のソレノイドバルブに対して開度制御信号ｍ、ＣＶＴ９に対して変速比制御信号ｎ等を出力する。
【００２６】
ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、気筒１に充填される吸気量に対応した要求燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、ＩＳＣバルブ３６の開度、トルクコンバータ７のロックアップを行うか否か、自動変速機８、９の変速比等といった運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎを出力インタフェースを介して印加する。
【００２７】
また、ＥＣＵ０は、内燃機関を始動（冷間始動であることもあれば、アイドリングストップからの復帰であることもある）する際、電動機であるスタータモータ（または、セルモータ。図示せず）に制御信号ｏを入力し、スタータモータのピニオンギアをドライブプレート外周のリングギアに噛合させて内燃機関のクランクシャフトを回転させるクランキングを行う。クランキングは、初爆から連爆へと至り、エンジン回転数が冷却水温等に応じて定まる閾値を超えたときに（完爆したものと見なして）終了する。
【００２８】
しかして、ＥＣＵ０は、内燃機関の始動後、内燃機関の冷却温度が所定（例えば、８０℃）以上に高まるまでの間の冷機時（暖機完了前）における、走行レンジでの車両の停車中に、ＩＳＣバルブ３６の開度操作を通じて気筒１に充填される吸気量及び燃料噴射量を調整し、以て内燃機関のアイドル回転を制御する。
【００２９】
車両の停車中は、アクセルペダルが踏まれておらず、スロットルバルブ３２の開度は全閉ないしほぼ全閉である。トルクコンバータ７はロックアップされておらず、前後進切換装置８はそのフォワードブレーキ８４を締結しリバースクラッチ８５を切断した状態にある。但し、走行レンジでの停車中において、走行レンジであるにもかかわらずフォワードブレーキ８４及びリバースクラッチ８５をともに切断して内燃機関に対する負荷の軽減を図る「Ｎ制御」を実行することがある。
【００３０】
冷機時のアイドル運転では、内燃機関及び駆動系のメカロスの大きさが不定であり、各種補機による負荷の変動や燃料の性状、吸気絞りバルブの公差等の影響とも相まって、アイドル回転数を目標回転数に追従させるフィードバック制御を実施することが難しい。故に、本実施形態のＥＣＵ０は、冷機時のアイドル運転中、ＩＳＣバルブ３６の開度の基本量を、内燃機関の冷却水温に応じて設定する。
【００３１】
原則として、ＩＳＣバルブ３６の開度の基本量は、内燃機関の冷却水温が低いほど大きい。ＥＣＵ０のメモリには予め、内燃機関の冷却水温と、ＩＳＣバルブ３６の開度の基本量との関係を規定したマップデータが格納されている。ＥＣＵ０は、現時点の冷却水温をキーとして当該マップを検索し、ＩＳＣバルブ３６の開度の基本量を知得する。
【００３２】
さらに、ＥＣＵ０は、排気通路４を流れる排気ガスの空燃比をリニアＡ／Ｆセンサ４３を介して計測し、その実測の空燃比と目標空燃比との偏差に応じて、ＩＳＣバルブ３６の開度の補正量を設定する。リニアＡ／Ｆセンサ４３にはヒータが付随しており、このヒータによりリニアＡ／Ｆセンサ４３を温めることができるので、リニアＡ／Ｆセンサ４３は内燃機関の暖機が完了するよりもずっと早い時点で活性化する。
【００３３】
目標空燃比は、内燃機関の冷却水温や吸気温、外気温、大気圧等に応じた好適な空燃比を、予め適合により（実験的に）求めたものである。例えば、冷却水温が低いほど、目標空燃比はリッチ寄りとなる。ＥＣＵ０のメモリには予め、内燃機関の冷却水温、吸気温等と、目標空燃比との関係を規定したマップデータが格納されている。ＥＣＵ０は、現在の冷却水温、吸気温等をキーとして当該マップを検索し、目標空燃比を知得する。
【００３４】
ＩＳＣバルブ３６の開度の補正量は、実測空燃比が目標空燃比よりも大きい（実測空燃比が目標空燃比に比してリーンである）ときには負値をとり、実測空燃比が目標空燃比よりも小さい（実測空燃比が目標空燃比に比してリッチである）ときには正値をとる。その補正量の絶対値は、実測空燃比と目標空燃比との偏差の絶対値が大きいほど大きくなる。
【００３５】
ＩＳＣバルブ３６の開度の補正量と空燃比の偏差との関係は、常に一定ではない。内燃機関の温度が高くなるにつれて、エンジンストールの危険性等は低下するから、ＩＳＣバルブ３６の開度の補正量の絶対値を小さくすることが許容される。ＥＣＵ０のメモリには予め、空燃比の偏差及び内燃機関の冷却水温と、ＩＳＣバルブ３６の開度の補正量との関係を規定したマップデータが格納されている。ＥＣＵ０は、現時点の空燃比の偏差及び冷却水温をキーとして当該マップを検索し、ＩＳＣバルブ３６の開度の補正量を知得する。
【００３６】
その上で、ＥＣＵ０は、ＩＳＣバルブ３６の開度を、上記の基本量に上記の補正量を加味した大きさに操作する。補正量が正値である場合には、ＩＳＣバルブ３６の開度を基本量よりも開き、気筒１に充填される吸気量及び燃料噴射量を増量する。補正量が負値である場合には、ＩＳＣバルブ３６の開度を基本量よりも絞り、気筒１に充填される吸気量及び燃料噴射量を減量する。
【００３７】
図３に、本実施形態のＥＣＵ０によるアイドル回転制御の例を示す。図３中、一点鎖線は上述の補正量を加えていない基本量の開度にＩＳＣバルブ３６を操作した場合を表しており、実線は基本量に補正量を加えた開度にＩＳＣバルブ３６を操作した場合を表している。前者の場合には、真に必要な量の空気が気筒１に供給されず、エンジン回転数の低下が起こっているが、後者の場合には、ＩＳＣバルブ３６の開度が補正（拡大）されてエンジン回転数が低下せず安定化している。
【００３８】
内燃機関の冷却温度が所定以上となり、内燃機関の暖機が完了した後は、アイドル運転中に、アイドル回転数を目標回転数に追従させるフィードバック制御を実施する。即ち、アイドル回転数が目標回転数よりも高ければＩＳＣバルブ３６の開度を縮小し、逆に低ければＩＳＣバルブ３６の開度を拡大する。
【００３９】
本実施形態では、内燃機関の始動後、内燃機関の温度が所定以上に高まるまでの期間において、吸気量を調節するためのバルブ３６の開度の基本量を、内燃機関の温度に応じて設定するとともに、前記バルブ３６の開度の補正量を、空燃比センサ４３を介して検出される排気ガスの空燃比と目標空燃比との偏差に応じて設定し、前記基本量に前記補正量を加味した開度に前記バルブ３６を操作する内燃機関の制御装置０を構成した。
【００４０】
本実施形態によれば、冷機時のアイドル回転数をより安定化させることができる。特に、冷機時には、インジェクタ１１から噴射した燃料が吸気ポートの内壁に液状となって付着するポートウェットが発生しやすく、ポートウェットが生じたときに気筒１に充填される混合気の空燃比はリーンとなる。しかも、ポートウェットが後に気化し、先の噴射から遅れて気筒１に吸引されると、そのときに気筒１に充填される混合気の空燃比はリッチとなる。何れも、エンジントルクの変動につながり、アイドル回転数を乱れさせる。また、燃料性状やバルブ３６の公差等に起因して、空燃比が目標空燃比から偏倚することもある。空燃比が目標から乖離してエンジントルクが狙い通りの大きさとならない状況が発生したとしても、本実施形態の制御装置０は、これを速やかに修正することができる。ひいては、アイドル回転数の変動が抑制されて車両に伝わる振動が沈静化する。また、アイドル回転数が不必要に上昇して車両の発進時の飛び出し感を生むようなことがなくなり、アイドル回転数が不当に低下してエンジンストールに陥る危険も回避される。
【００４１】
燃料噴射量を増量して空燃比をリッチ化し、エンジントルクを増強してアイドル回転の安定化を図る必要から解放されるため、燃費性能の向上及びエミッションの良化にも寄与し得る。また、吸気絞り用のバルブ３６の開度を徒に拡大させずに済むので、ブレーキブースタに供給するべき吸気負圧を確保することにもつながる。
【００４２】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態には限られない。例えば、内燃機関に、ＥＣＵ０により任意に開閉操作可能な電子スロットルバルブが実装されている場合、吸気通路３にバイパス流路３５及びＩＳＣバルブ３６は配設されない。この場合には、アイドル運転中、吸気量を調節するためのバルブとして、当該スロットルバルブを操作することになる。当該スロットルバルブの開度の基本量及び補正量の決定の手法は、上記実施形態と同様である。
【００４３】
その他各部の具体的構成は、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】
【００４４】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。
【符号の説明】
【００４５】
０…制御装置（ＥＣＵ）
３…吸気通路
３５…バイパス流路
３６…吸気量を調節するためのバルブ（ＩＳＣバルブ）
４…排気通路
４１…触媒
４３…空燃比センサ（リニアＡ／Ｆセンサ）
【図１】
2015140794.tif 000003
【図２】
2015140794.tif 000004
【図３】
2015140794.tif 000005