(57)【要約】【課題】内燃機関および過給器の信頼性低下を回避しつつ機関出力性能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。【解決手段】この装置は、ターボチャージャを備えた内燃機関に適用される。ターボチャージャによって調節される実過給圧ＰＭを最大過給圧ＰＭｍａｘによって制限する。機関運転状態に応じて設定される燃料噴射量を最大噴射量Ｑｍａｘによって制限するとともに、その制限した燃料噴射量に応じた量の燃料が供給されるように燃料噴射機構の作動制御を実行する。大気圧を検出し、該検出した大気圧に基づいて最大過給圧ＰＭｍａｘを設定する。最大過給圧ＰＭｍａｘに基づいて最大噴射量Ｑｍａｘを設定する（Ｓ２０２）。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給器を備えた内燃機関に適用されて、前記過給器によって調節される過給圧を最大過給圧によって制限し、機関運転状態に応じて設定される燃料噴射量を最大噴射量によって制限するとともに該制限した燃料噴射量に応じた量の燃料が供給されるように燃料噴射機構の作動制御を実行する内燃機関の制御装置において、
大気圧を検出し、該検出した大気圧に基づいて前記最大過給圧および前記最大噴射量の一方を設定するとともに、同設定した一方に基づいて他方を設定する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
前記大気圧が低いほど、前記最大過給圧として低い圧力を設定するとともに前記最大噴射量として少ない量を設定する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置において、
前記過給器は、作動量を変更可能な可変容量型のものであって、機関運転状態に応じて設定される目標過給圧と実過給圧とが一致するように作動制御されるものであり、
前記最大過給圧は前記目標過給圧を制限する値として設定される
ことを特徴と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、過給器が設けられた内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に過給器を設けることが提案され、実用されている。そうした内燃機関では、過給器の作動を通じて空気が強制的に燃焼室へと送り込まれて充填効率が高められ、出力性能の向上が図られる。また、そうした内燃機関の制御装置では、機関運転状態に応じたかたちで吸気通路の圧力（実過給圧）の上限値（最大過給圧）が設定され、この最大過給圧による実過給圧の制限を通じて過給器の過回転や吸気温度の過上昇などが抑制されて、過給器や内燃機関の信頼性が確保される。
【０００３】
一方、内燃機関は燃料噴射弁などによって構成される燃料噴射機構を備えている。そして内燃機関には、この燃料噴射機構の作動制御を通じて、運転状態に応じた量の燃料が噴射供給される。
【０００４】
従来、特許文献１に記載の内燃機関の制御装置のように、燃料噴射機構からの燃料噴射量についての上限値（最大噴射量）を設定するものが提案されている。こうした制御装置にあっては、最大噴射量による燃料噴射量の制限を通じて、機関出力が過度に大きくなることや排気熱量が過度に多くなることが抑制されて、過給器や内燃機関の信頼性が確保される。
【特許文献１】特開平９−８８６６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、過給器の作動状態や燃料噴射量が同一であっても、大気圧の異なる環境下にあっては過給圧や機関出力が異なったものとなる。そのため上述した内燃機関の制御装置にあっては、その最大過給圧や最大噴射量として、大気圧がどのように変化した場合であっても過給器や内燃機関の信頼性を確保することの可能な値をそれぞれ設定せざるを得ない。そのように最大過給圧や最大噴射量を設定することは、過給器や内燃機関の信頼性を確保する上では有用なものの、同内燃機関の出力性能の向上を図る上ではこれを妨げる一因となるために好ましくない。
【０００６】
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関および過給器の信頼性低下を回避しつつ機関出力性能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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
請求項１に記載の発明は、過給器を備えた内燃機関に適用されて、前記過給器によって調節される過給圧を最大過給圧によって制限し、機関運転状態に応じて設定される燃料噴射量を最大噴射量によって制限するとともに該制限した燃料噴射量に応じた量の燃料が供給されるように燃料噴射機構の作動制御を実行する内燃機関の制御装置において、大気圧を検出し、該検出した大気圧に基づいて前記最大過給圧および前記最大噴射量の一方を設定するとともに、同設定した一方に基づいて他方を設定することをその要旨とする。
【０００８】
過給器が設けられた内燃機関にあっては、大気圧の変化に伴って、それら過給器および内燃機関の信頼性を低下させるおそれのある不都合が発生するようになる過給圧や燃料噴射量が変化する。上記構成では、上記不都合が発生するようになる過給圧が低くなり燃料噴射量が少なくなった場合には、最大過給圧を低い圧力に設定するとともに最大噴射量を少ない量に設定することにより、上記不都合の発生を的確に抑制することができる。しかも上記不都合が発生するようになる過給圧が高くなったり燃料噴射量が多くなったりした場合には、最大過給圧を高い圧力に設定するとともに最大噴射量を多い量に設定することによって、機関出力性能の向上を図ることができる。したがって上記構成によれば、内燃機関および過給器の信頼性低下を回避しつつ機関出力性能の向上を図ることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記大気圧が低いほど、前記最大過給圧として低い圧力を設定するとともに前記最大噴射量として少ない量を設定することをその要旨とする。
【００１０】
大気圧が低いときほど、同一の過給圧を得るために必要な過給器の仕事量が大きいことから、低い過給圧において過給器の過回転や吸気温度の過上昇といった不都合を招くようになる。また過給圧が低くなると、その分だけ吸気量が減少するために、吸気量に対して燃料噴射量が過度に多くなるといった不都合が、燃料噴射量が少量である状況において発生するようになる。
【００１１】
上記構成によれば、そうした不都合の発生傾向に応じたかたちで最大過給圧および最大噴射量を設定することができ、不都合の発生を的確に抑制しつつ機関出力性能の向上を図ることができる。
【００１２】
なお、請求項１または２に記載の発明の構成は、請求項３によるように、作動量を変更可能な可変容量型の過給器であって、機関運転状態に応じて設定される目標過給圧と実過給圧とが一致するように作動制御される過給器が設けられて、目標過給圧を制限する値として前記最大過給圧が設定される内燃機関の制御装置に適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を具体化した一実施の形態について説明する。
先ず、図１を参照して、本実施の形態にかかる内燃機関の制御装置の概略構成について説明する。
【００１４】
図１に示すように、内燃機関１０には燃料噴射機構２０が設けられており、同燃料噴射機構２０は燃料ポンプ２１、蓄圧配管２２および燃料噴射弁２３を備えている。この燃料噴射機構２０は、燃料ポンプ２１から圧送された燃料を蓄圧配管２２内に蓄えつつ同蓄圧配管２２に連通された燃料噴射弁２３を開弁駆動することにより、内燃機関１０に燃料を噴射供給する。
【００１５】
また、内燃機関１０にはターボチャージャ３０が設けられている。内燃機関１０の吸気通路１１を流れる吸気は、ターボチャージャ３０のコンプレッサホイール３１によって圧縮されつつ同内燃機関１０に供給される。内燃機関１０では、この吸気と燃料との混合気が燃焼され、その排気が排気通路１２へと排出される。そして、この排気がターボチャージャ３０のタービンホイール３２に吹き付けられ、タービンホイール３２がこれに連結された上記コンプレッサホイール３１ともども回転する。ターボチャージャ３０を通過した排気は排気通路１２からその外部に排出される。
【００１６】
ターボチャージャ３０は、作動量を変更可能な可変容量型のものであり、上記コンプレッサホイール３１の回転速度の調節を通じて内燃機関１０に供給される吸気の圧力を変更する変更機構３３を備えている。この変更機構３３は、排気通路１２からタービンホイール３２に至る通路の有効面積を変更する図示しないノズルベーンを有し、このノズルベーンの開度調節を通じてタービンホイール３２に吹き付けられる排気の流量および流速を調節する。
【００１７】
本実施の形態にかかる制御装置には電子制御装置４０が設けられている。電子制御装置４０は、燃料噴射機構２０や変更機構３３の作動制御など、内燃機関１０における種々の制御を統括して実行するものであり、演算装置や駆動回路の他、各種制御の演算結果やその演算に用いられる関数マップ等を記憶する記憶装置等を備えている。
【００１８】
また、本実施の形態にかかる制御装置は内燃機関１０の運転状態や運転環境を検出するための種々のセンサ類を備えている。そうしたセンサ類として、例えば内燃機関１０の吸気通路１１には吸気の圧力（実過給圧ＰＭ）を検出するための過給圧センサ４１や、吸気温度ＴＨＡを検出するための吸気温センサ４２が設けられている。また、アクセルペダル１３近傍にはその踏み込み量（アクセル踏み込み量ＡＣＣＰ）を検出するためのアクセルセンサ４３が設けられ、内燃機関１０のクランクシャフト（図示略）の近傍にはその回転速度（機関回転速度ＮＥ）を検出するためのクランクセンサ４４が設けられている。その他、内燃機関１０の雰囲気の圧力（大気圧ＰＡ）を検出するための大気圧センサ４５や、機関冷却水の温度ＴＨＷを検出するための水温センサ４６なども設けられている。
【００１９】
そして電子制御装置４０は、アクセル踏み込み量ＡＣＣＰおよび機関回転速度ＮＥに基づいて燃料噴射量についての制御目標値（目標燃料噴射量ＴＱ）を算出する。そして、この目標燃料噴射量ＴＱに応じた量の燃料が噴射されるように、前記燃料噴射機構２０の作動制御を実行する。具体的には、蓄圧配管２２内の燃料圧力の調節（詳しくは燃料ポンプ２１の燃料圧送量の調節）や燃料噴射弁２３の開弁時間および閉弁時期の調節を通じて、燃料噴射量が調節される。
【００２０】
また電子制御装置４０は、目標燃料噴射量ＴＱおよび機関回転速度ＮＥに基づいて、実過給圧ＰＭについての制御目標値（目標過給圧ＴＰＭ）を算出する。そして、目標過給圧ＴＰＭと実過給圧ＰＭとが一致するように、ターボチャージャ３０の変更機構３３の作動制御を実行する。
【００２１】
ここで本実施の形態では、目標過給圧ＴＰＭについての上限値（最大過給圧ＰＭｍａｘ）が設定される。この最大過給圧ＰＭｍａｘは、内燃機関１０やターボチャージャ３０の信頼性を低下させるおそれのある不都合（具体的には、吸気温度ＴＨＡの過上昇やターボチャージャ３０の過回転）の発生を抑制するために、実過給圧ＰＭの過上昇を抑えるための値として設定される。なお変更機構３３の作動制御に際しては実過給圧ＰＭが目標過給圧ＴＰＭから若干オーバシュートすることが避けられないために、上記最大過給圧ＰＭｍａｘとしてはそうしたオーバシュートを考慮した値が設定されている。
【００２２】
以下、図２を参照して、最大過給圧ＰＭｍａｘを設定する処理（最大過給圧設定処理）について説明する。
なお図２は最大過給圧設定処理の具体的な処理手順を示すフローチャートであり、このフローチャートに示される一連の処理は、所定周期毎の処理として、電子制御装置４０により実行される。
【００２３】
図２に示すように、この処理では先ず、機関回転速度ＮＥに基づいて最大過給圧ＰＭｍａｘが算出される（ステップＳ１０１）。次に、大気圧ＰＡについての補正項Ｋａや、冷却水温度ＴＨＷについての補正項Ｋｂ、吸気温度ＴＨＡについての補正項Ｋｃなどといった各種の補正項が算出される（ステップＳ１０２）。そして、それら補正項（Ｋａ，Ｋｂ，Ｋｃ…）を最大過給圧ＰＭｍａｘに反映させることによって最大過給圧ＰＭｍａｘが補正された後（ステップＳ１０３）、本処理は一旦終了される。
【００２４】
本処理では各種の補正項（Ｋａ，Ｋｂ，Ｋｃ…）として、大気圧ＰＡや冷却水温度ＴＨＷ、吸気温度ＴＨＡなどといった内燃機関１０の運転環境が変化した場合に、上記不都合の発生が適正に抑制されるようになる値に最大過給圧ＰＭｍａｘを補正することの可能な値がそれぞれ算出される。なお補正項Ｋａとしては、大気圧ＰＡが低いときほど最大過給圧ＰＭｍａｘが低い圧力に補正されるようになる値が設定される。
【００２５】
一方、本実施の形態では、目標燃料噴射量ＴＱの上限値（最大噴射量Ｑｍａｘ）が設定される。
以下、図３を参照して、最大噴射量Ｑｍａｘを設定する処理（最大噴射量設定処理）の処理手順について説明する。
【００２６】
図３は最大噴射量設定処理の具体的な処理手順を示すフローチャートであり、このフローチャートに示される一連の処理は、所定周期毎の処理として、電子制御装置４０により実行される。
【００２７】
図３に示すように、この処理では先ず、機関回転速度ＮＥおよび実過給圧ＰＭに基づいてスモーク最大噴射量Ｑｓが算出される（ステップＳ２０１）。このスモーク最大噴射量Ｑｓはスモーク発生量を適正量に抑えることの可能な目標燃料噴射量ＴＱについての上限値であり、同スモーク最大噴射量Ｑｓとしては機関回転速度ＮＥや実過給圧ＰＭが高いときほど多い量が算出される。
【００２８】
また、機関回転速度ＮＥおよび前記最大過給圧ＰＭｍａｘに基づいてメカニカル最大噴射量Ｑｍが算出される（ステップＳ２０２）。このメカニカル最大噴射量Ｑｍは、内燃機関１０やターボチャージャ３０の信頼性を低下させるおそれのある不都合（具体的には、吸気量に対して燃料噴射量が過度に多くなること）の発生を抑制することの可能な目標燃料噴射量ＴＱについての上限値である。このメカニカル最大噴射量Ｑｍとしては、機関回転速度ＮＥや最大過給圧ＰＭｍａｘが高いときほど多い量が算出される。
【００２９】
その後、スモーク最大噴射量Ｑｓおよびメカニカル最大噴射量Ｑｍのうちの少量である値が最大噴射量Ｑｍａｘとして設定される（ステップＳ２０３）。次に、冷却水温度ＴＨＷについての補正項Ｋｄや吸気温度ＴＨＡについての補正項Ｋｅなどといった各種の補正項が算出されるとともに（ステップＳ２０４）、それら補正項（Ｋｄ，Ｋｅ…）を上記最大噴射量Ｑｍａｘに反映させることによって最大噴射量Ｑｍａｘが補正された後（ステップＳ２０５）、本処理は一旦終了される。
【００３０】
なお各種の補正項（Ｋｄ，Ｋｅ…）としては、冷却水温度ＴＨＷや吸気温度ＴＨＡなどといった内燃機関１０の運転環境が変化した場合に、スモーク発生量や上記不都合の発生を適正に抑制することの可能な値に最大噴射量Ｑｍａｘが補正されるようになる値がそれぞれ算出される。
【００３１】
以下、上述のように最大過給圧ＰＭｍａｘおよび最大噴射量Ｑｍａｘを設定することによる作用について説明する。
本実施の形態の内燃機関１０にはターボチャージャ３０が設けられており、大気圧ＰＡの変化に伴って、それら内燃機関１０およびターボチャージャ３０の信頼性を低下させるおそれのある不都合が発生するようになる実過給圧ＰＭや燃料噴射量が変化する。
【００３２】
具体的には、大気圧ＰＡが低いときほど、同一の実過給圧ＰＭを得るために必要なターボチャージャ３０の仕事量が大きいことから、低い実過給圧ＰＭにおいて吸気温度ＴＨＡの過上昇やターボチャージャ３０の過回転といった不都合を招くようになる。
【００３３】
本実施の形態では、大気圧ＰＡが低いときほど最大過給圧ＰＭｍａｘとして低い圧力が設定されるといったように、上記不都合の発生傾向に応じたかたちで最大過給圧ＰＭｍａｘが設定されるため、不都合の発生を的確に抑制することができる。
【００３４】
一方、大気圧ＰＡが低いときに前記最大過給圧ＰＭｍａｘとして低い圧力が設定されて実過給圧ＰＭが低くなると、その分だけ吸気量が減少するために、吸気量に対して燃料噴射量が過度に多くなるといった不都合が、目標燃料噴射量ＴＱが少量である状況において発生するようになる。
【００３５】
本実施の形態では、最大噴射量Ｑｍａｘ（詳しくは、メカニカル最大噴射量Ｑｍ）として、大気圧ＰＡが低く最大過給圧ＰＭｍａｘが低いときほど少ない量が設定されるといったように、上記不都合の発生傾向に応じた量が設定されるために、そうした不都合の発生を的確に抑制することができる。
【００３６】
このように本実施の形態によれば、大気圧ＰＡが低いために上記不都合が発生するようになる実過給圧ＰＭが低く燃料噴射量が少ない場合には、最大過給圧ＰＭｍａｘを低い圧力に設定するとともに最大噴射量Ｑｍａｘを少ない量に設定することにより、上記不都合の発生を的確に抑制することができる。しかも大気圧ＰＡが高く、上記不都合が発生するようになる実過給圧ＰＭが高く燃料噴射量が多い場合には、最大過給圧ＰＭｍａｘを高い圧力に設定するとともに最大噴射量Ｑｍａｘを多い量に設定することにより、これによって実過給圧ＰＭの上昇や燃料噴射量の増加が許容される分だけ、機関出力性能の向上を図ることができる。したがって、内燃機関１０およびターボチャージャ３０の信頼性低下を回避しつつ機関出力性能の向上を図ることができる。
【００３７】
ここで吸気量と燃料噴射量との比は、実過給圧ＰＭと燃料噴射量と機関回転速度ＮＥとの関係から精度良く推定することができる。そのため最大過給圧ＰＭｍａｘが設定されているときには、この最大過給圧ＰＭｍａｘおよび機関回転速度ＮＥに基づいて、吸気量と燃料噴射量との比（＝燃料噴射量／吸気量）が内燃機関１０やターボチャージャ３０の信頼性低下を招く程度に大きくなってしまう燃料噴射量の臨界値を精度良く求めることができる。
【００３８】
この点、本実施の形態によれば、最大過給圧ＰＭｍａｘおよび機関回転速度ＮＥに基づいて最大噴射量Ｑｍａｘが設定されるために、上記不都合の発生を抑制するための最大噴射量Ｑｍａｘとして上記臨界値に近い値を精度良く設定することができる。
【００３９】
ちなみに、大気圧ＰＡや吸気温度ＴＨＡ、冷却水温度ＴＨＷ等の機関運転環境および機関回転速度ＮＥに基づいて、最大過給圧および最大噴射量を各別に設定することも考えられる。この場合には、最大過給圧および最大噴射量に対する各設定パラメータの影響分を完全に一致させることが極めて困難であるために、上記臨界値に近い値を最大噴射量として精度良く設定することも困難である。したがって、上述した不都合の発生を適正に抑制するためには、余裕のある低い圧力を最大過給圧として設定したり、余裕のある少ない量を最大噴射量として設定したりせざるを得ず、これが機関出力性能の向上を阻む一因となってしまう。本実施の形態では、そうした構成とは異なり、最大噴射量Ｑｍａｘとして上記臨界値に近い値を精度良く設定することができるために、機関出力性能を的確に向上させることができる。
【００４０】
以上説明したように、本実施の形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）大気圧ＰＡに基づいて最大過給圧ＰＭｍａｘを設定するとともに、同最大過給圧ＰＭｍａｘに基づいて最大噴射量Ｑｍａｘを設定するようにしたために、内燃機関１０およびターボチャージャ３０の信頼性低下を回避しつつ機関出力性能の向上を図ることができる。
【００４１】
（２）大気圧ＰＡが低いほど、最大過給圧ＰＭｍａｘとして低い圧力を設定するとともに最大噴射量Ｑｍａｘとして少ない量を設定するようにした。そのため、ターボチャージャ３０の過回転や、吸気温度ＴＨＡの過上昇、吸気量に対して燃料噴射量が過度に多くなることなどといった不都合の発生傾向に応じたかたちで最大過給圧ＰＭｍａｘおよび最大噴射量Ｑｍａｘを設定することができ、それら不都合の発生を的確に抑制しつつ機関出力性能の向上を図ることができる。
【００４２】
なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・上記実施の形態は、最大過給圧が実過給圧ＰＭの上限値として設定される装置にも、その構成を適宜変更した上で適用することができる。
【００４３】
・大気圧ＰＡに基づいて最大噴射量を設定するとともに、同最大噴射量に基づいて最大過給圧を算出するようにしてもよい。
・本発明は、実過給圧が最大過給圧を超えた場合において実過給圧を強制低下させることが可能であれば、固定容量型のターボチャージャが設けられた内燃機関にも適用することができる。そうした内燃機関としては、例えば排気通路にウェイストゲートバルブが設けられたものを挙げることができる。
【００４４】
・本発明は、ターボチャージャが設けられた内燃機関に限らず、クランクシャフトや電動モータ等によって駆動されるスーパーチャージャが設けられた内燃機関にも適用することができる。また、ディーゼル機関の制御装置に限らず、ガソリン機関の制御装置にも適用可能である。要は、ターボチャージャやスーパーチャージャといった過給器が設けられるとともに、最大過給圧および最大噴射量が設定される内燃機関の制御装置であれば、本発明にかかる制御装置を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明にかかる内燃機関の制御装置を具体化した一実施の形態についてその概略構成を示す略図。
【図２】最大過給圧設定処理についてその具体的な処理手順を示すフローチャート。
【図３】最大噴射量設定処理についてその具体的な処理手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００４６】
１０…内燃機関、１１…吸気通路、１２…排気通路、１３…アクセルペダル、２０…燃料噴射機構、２１…燃料ポンプ、２２…蓄圧配管、２３…燃料噴射弁、３０…ターボチャージャ、３１…コンプレッサホイール、３２…タービンホイール、３３…変更機構、４０…電子制御装置、４１…過給圧センサ、４２…吸気温センサ、４３…アクセルセンサ、４４…クランクセンサ、４５…大気圧センサ、４６…水温センサ。
【図１】
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【図２】
2008008245.tif 000004
【図３】
2008008245.tif 000005