(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気タービンにより吸気コンプレッサを駆動するターボ過給機を備えるエンジンにおいて、
少なくともアイドル停車時であることを作動条件として検出する作動条件検出手段と、
前記作動条件の検出時に、吸入空気量制御によるアイドル回転数フィードバック制御における目標アイドル回転数を比較的高回転数に設定することにより吸入空気量を増量すると共に、空燃比をリーン化する吸入空気量及び空燃比の制御手段と、
を設けたことを特徴とするターボ過給機付エンジンの制御装置。
【請求項２】
排気タービンにより吸気コンプレッサを駆動するターボ過給機を備えるエンジンにおいて、
少なくとも減速時であることを作動条件として検出する作動条件検出手段と、
前記作動条件の検出時に、吸気を吸気コンプレッサをバイパスさせる吸気バイパス弁を開くことにより吸入空気量を増量すると共に、空燃比をリーン化する吸入空気量及び空燃比の制御手段と、
を設けたことを特徴とするターボ過給機付エンジンの制御装置。
【請求項３】
前記吸入空気量及び空燃比の制御手段は、サージ限界まで空燃比をリーン化することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のターボ過給機付エンジンの制御装置。
【請求項４】
前記作動条件検出手段は、作動条件の１つとして自動変速機が走行レンジにあることを検出することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のターボ過給機付エンジンの制御装置。
【請求項５】
前記エンジンは、圧縮行程にて燃焼室内に直接燃料を噴射することにより点火栓回りに集中的に層状の混合気を形成して成層燃焼を行わせる直噴火花点火式エンジンであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のターボ過給機付エンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気タービンにより吸気コンプレッサを駆動するターボ過給機を備えるエンジンの制御装置に関し、特に、アイドル停車時又は減速時に発進加速又は再加速に備えて排気タービンの応答遅れを改善するように制御を行うターボ過給機付エンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のターボ過給機付エンジンの制御装置として、特開平５−２８０４０８号公報に示されるように、減速状態の終了時に、目標過給圧を低く補正して、該補正後の目標過給圧を達成すべく、排気バイパス弁を制御するものがある。これは、２サイクルエンジンにおける発進加速時及び再加速時の燃焼改善（残留ガスの低減）を狙いとし、加速初期の過給圧を定常使用条件よりも低く設定するものである（第１の従来例）。
【０００３】
また、特開平５−３２１８０４号公報に示されるように、加速時に排気エネルギーを高めることでターボラグを短縮し、加速応答性を向上させるため、過給圧の上昇が遅れる加速時に、所定の過給圧上昇状態に達するまでの期間、点火時期を遅角させるように制御して、ターボ過給機に与える排気エネルギーを増大させるようにしたものがある（第２の従来例）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記第１の従来例の場合、４サイクルエンジンにおいては吸排気弁の開閉タイミングの適合によりある程度の残留ガス量の制御が可能であるため、過給圧制御による効果代は少ない。その一方、減速状態の終了時に過給圧を低く設定してしまうことにより、再加速時にターボラグにより加速性能が悪化するという問題点があった。
【０００５】
また、前記第２の従来例の場合、加速時に排気エネルギーを高めることでターボラグを短縮できるものの、点火時期遅角により排気エネルギーを増大させて、過給圧を上昇させているため、出力最適な点火時期が使えず、発生トルクに目減りが生じるという問題点があった。
本発明は、このような従来の問題点を考慮し、アイドル停車時又は減速時に発進加速又は再加速に備えて排気タービンの応答遅れを改善するように良好な制御を行うことのできるターボ過給機付エンジンの制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明では、排気タービンにより吸気コンプレッサを駆動するターボ過給機を備えるエンジンにおいて、図１に示すように、少なくともアイドル停車時であることを作動条件として検出する作動条件検出手段と、前記作動条件の検出時に、吸入空気量制御によるアイドル回転数フィードバック制御における目標アイドル回転数を比較的高回転数に設定することにより吸入空気量を増量すると共に、空燃比をリーン化する吸入空気量及び空燃比の制御手段と、を設けて、ターボ過給機付エンジンの制御装置を構成する。
【０００７】
請求項２に係る発明では、排気タービンにより吸気コンプレッサを駆動するターボ過給機を備えるエンジンにおいて、図１に示すように、少なくとも減速時であることを作動条件として検出する作動条件検出手段と、前記作動条件の検出時に、吸気を吸気コンプレッサをバイパスさせる吸気バイパス弁を開くことにより吸入空気量を増量すると共に、空燃比をリーン化する吸入空気量及び空燃比の制御手段と、を設けて、ターボ過給機付エンジンの制御装置を構成する。
【０００９】
請求項３に係る発明では、前記吸入空気量及び空燃比の制御手段は、サージ限界まで空燃比をリーン化することを特徴とする。
請求項４に係る発明では、前記作動条件検出手段は、作動条件の１つとして自動変速機が走行レンジにあることを検出することを特徴とする。
請求項５に係る発明では、前記エンジンは、圧縮行程にて燃焼室内に直接燃料を噴射することにより点火栓回りに集中的に層状の混合気を形成して成層燃焼を行わせる直噴火花点火式エンジンであることを特徴とする。
【００１０】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、アイドル停車時に、発進加速に備えて、吸入空気量を増量すると共に空燃比をリーン化することで、空燃比のリーン化により燃費の悪化を最小限に抑えつつ、吸入空気量増量により排気エネルギーを増大させて、タービン回転数を上昇させることができ、発進加速時の排気タービンの応答遅れを改善して、過渡トルクを向上させることができる。
また、アイドル停車時制御に際し、吸入空気量の増量のため、アイドル回転数フィードバック制御の目標アイドル回転数を比較的高回転数に設定して、アイドルアップを図ることで、効果的に吸入空気量を増量することができる。
【００１１】
請求項２に係る発明によれば、減速時に、再加速に備えて、吸入空気量を増量すると共に空燃比をリーン化することで、空燃比のリーン化により燃費の悪化を最小限に抑えつつ、吸入空気量増量により排気エネルギーを増大させて、タービン回転数を上昇させることができ、再加速時の排気タービンの応答遅れを改善して、過渡トルクを向上させることができる。
また、減速時制御に際し、吸入空気量の増量のため、吸気コンプレッサに対する吸気バイパス弁を開くことで、吸気抵抗を減らして、効果的に吸入空気量を増量することができる。
【００１３】
請求項３に係る発明によれば、サージ限界まで空燃比をリーン化することで、燃費悪化を最小にすることができる。
請求項４に係る発明によれば、アイドル停車時制御又は減速時制御の作動条件の１つとして自動変速機が走行レンジにあることを検出することで、発進加速又は再加速の意図があることを的確にとらえて制御することが可能となる。
【００１４】
請求項５に係る発明によれば、成層燃焼を行う直噴火花点火式エンジンに適用することで、空燃比のリーン化をより可能にすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図２は一実施形態を示すエンジンのシステム図である。先ず、これについて説明する。
車両に搭載されるエンジン（内燃機関）１の各気筒の燃焼室には、図示しないエアクリーナから、吸入空気量Ｑａ検出用のエアフローメータ２、ターボ過給機３の吸気コンプレッサ４、インタークーラ５、電制スロットル弁６、吸気マニホールド７を経て、空気が吸入される。また、吸気コンプレッサ４をバイパスするバイパス通路８が設けられ、ここに吸気バイパス弁９が介装されている。
【００１６】
そして、各気筒の燃焼室内に燃料（ガソリン）を直接噴射するように、電磁式の燃料噴射弁（インジェクタ）１０が設けられている。
燃料噴射弁１０は、エンジンコントロールユニット２０からエンジン回転に同期して吸気行程又は圧縮行程にて出力される噴射パルス信号によりソレノイドに通電されて開弁し、所定圧力に調圧された燃料を噴射するようになっている。そして、噴射された燃料は、吸気行程噴射の場合は燃焼室内に拡散して均質な混合気を形成し、また圧縮行程噴射の場合は点火栓回りに集中的に層状の混合気を形成し、点火栓により点火されて、燃焼（均質燃焼又は成層燃焼）する。
【００１７】
エンジン１からの排気は、排気マニホールド１１、ターボ過給機３の排気タービン１２、排気浄化用の触媒１３を経て、排出される。また、排気タービン１２をバイパスするバイパス通路１４が設けられ、ここに排気バイパス弁１５が介装されている。
エンジン１の出力側（クランク軸側）には自動変速機１６が接続されている。
【００１８】
エンジンコントロールユニット２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、各種センサからの入力信号を受け、これに基づいて演算処理して、電制スロットル弁６、燃料噴射弁１０、吸気バイパス弁９及び排気バイパス弁１５などの作動を制御する。
【００１９】
前記各種センサとしては、前記エアフローメータ２の他、エンジン１のクランク軸又はカム軸回転を検出することによりエンジン回転数Ｎｅを検出可能なクランク角センサ２１、エンジン１の冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ２２、アクセルペダルの踏込み量（アクセル開度）ＡＰＯを検出するアクセルセンサ２３（アクセル開度＝０でＯＮとなるアイドルスイッチを含む）、自動変速機１６の出力軸回転より車速ＶＳＰを検出する車速センサ２４、自動変速機１６の変速レンジ（Ｄレンジ、Ｎレンジ等）を検出する変速レンジセンサ（スイッチ）２５、ブレーキペダルの踏込みを検出するブレーキスイッチ２６などが設けられている。
【００２０】
ここにおいて、本発明では、エンジンコントロールユニット２０により、通常の制御の他、アイドル停車時又は減速時に、発進加速又は再加速に備えて排気タービンの応答遅れを改善するように制御を行うが、アイドル停車時制御と減速時制御とに分けて、各制御内容をフローチャートにより説明する。
図３はアイドル停車時制御のフローチャートである。
【００２１】
ステップ１（図にはＳ１と記す。以下同様）では、水温センサからの信号に基づいて、エンジン暖機後条件（水温Ｔｗが所定値以上）か否かを判定する。
ステップ２では、アイドルスイッチＯＮ、すなわちアクセル開度ＡＰＯ＝０か否かを判定する。
ステップ３では、車速センサからの信号に基づいて、車速ＶＳＰ＝０か否かを判定する。
【００２２】
ステップ４では、変速レンジセンサからの信号に基づいて、自動変速機がＤレンジに代表される走行レンジか否かを判定する。
これらの判定の結果、全てＹＥＳ、すなわち、エンジン暖機後条件で、アイドルスイッチＯＮ、車速ＶＳＰ＝０、走行レンジのときに、アイドル停車時の作動条件と判定して、ステップ５へ進む。従って、ステップ１〜４の部分が作動条件検出手段に相当する。尚、ステップ１〜４の条件に加え、ブレーキスイッチＯＮを条件としてもよい。
【００２３】
これに対し、いずれか１つでＮＯの場合は、作動条件不成立として、処理を終了する。
ステップ５では、目標アイドル回転数をアイドルアップ（吸入空気量増量）のため通常より高めの所定値に設定する。
ステップ６では、クランク角センサからの信号に基づいて、実アイドル回転数を検出する。
【００２４】
ステップ７では、目標アイドル回転数と実アイドル回転数との偏差の絶対値を所定値Ａと比較し、偏差の絶対値が所定値Ａ以下か否かを判定する。
偏差の絶対値が所定値Ａより大きい場合は、ステップ８へ進んで、実アイドル回転数と目標アイドル回転数とを比較し、実アイドル回転数の方が小さければ、ステップ９で電制スロットル弁の開度ＴＶＯを微小量増大させる。但し、実アイドル回転数の方が大きくなった場合は、ステップ１０で電制スロットル弁の開度ＴＶＯを微小量減少させる。そして、これらの後、ステップ６へ戻る。
【００２５】
このような制御を繰り返し、目標アイドル回転数のアイドルアップ設定（吸入空気量増量設定）に対応させて、電制スロットル弁の開度ＴＶＯを増大し、吸入空気量を増量する。この結果、実アイドル回転数が目標アイドル回転数付近に達すると、ステップ７での判定で、ステップ１１へ進む。
ステップ１１では、燃料噴射量を成層燃焼用のリーン設定にして、固定する。
【００２６】
ステップ１２では、目標サージレベルをサージ限界付近に設定する。尚、サージレベルの捉え方には各種あるが、例えば所定時間におけるエンジン回転数の変動量（回転変動量）を算出すればよく、この場合は、目標サージレベルとして、目標回転変動量を可能な限り大きめに設定する。
ステップ１３では、実サージレベル（例えば実回転変動量）を検出する。
【００２７】
ステップ１４では、目標サージレベルと実サージレベルとの偏差の絶対値を所定値Ｂと比較し、偏差の絶対値が所定値Ｂ以下か否かを判定する。
偏差の絶対値が所定値Ｂより大きい場合は、ステップ１５へ進んで、実サージレベルと目標サージレベルとを比較し、実サージレベルの方が小さければ、ステップ１６で、電制スロットル弁の開度ＴＶＯを微小量増大させ、吸入空気量を増量して、空燃比をリーン化する。但し、実サージレベルの方が大きくなった場合は、ステップ１７で、電制スロットル弁の開度ＴＶＯを微小量減少させ、吸入空気量を減量して、空燃比をリッチ化する。そして、これらの後、ステップ１３へ戻る。
【００２８】
このような制御を繰り返し、目標サージレベルのサージ限界設定に対応させて、電制スロットル弁の開度ＴＶＯを増大し、サージ限界まで吸入空気量を増量して、空燃比をＡ／Ｆ＝５０〜７０までリーン化する。この結果、実サージレベルが目標サージレベル付近に達すると、ステップ１４での判定で、処理を終了する。従って、ステップ５〜１７の部分が吸入空気量及び空燃比の制御手段に相当する。
【００２９】
図４はアイドル停車時制御のタイムチャートである。
このように、Ｄレンジでのアイドル停車時に、発進加速に備えて、アイドル回転数フィードバック制御の目標アイドル回転数を比較的高回転数に設定して、アイドルアップを図ることで、吸入空気量を増量すると共に、燃料噴射量を固定して、サージ限界まで、吸入空気量を増量して、空燃比をリーン化する。従って、空燃比のリーン化により燃費の悪化を最小限に抑えつつ、吸入空気量増量により排気エネルギーを増大させて、タービン回転数を上昇させることができ、発進加速時の排気タービンの応答遅れを改善して、過渡トルクを向上させることができる。
【００３０】
図５はアイドル停車時制御におけるアイドルアップによるタービン回転数上昇効果を示したもので、アイドルアップによる吸入空気量の増量と、空燃比のリーン化による吸入空気量の増量とによって、排気エネルギーを増大させて、タービン回転数を上昇させ得ることを示している。また、アイドルアップにより燃費は悪化するが、サージ限界まで空燃比をリーン化することで、燃費の悪化を最小限に抑え得ることを示している。
【００３１】
図６はアイドル停車時制御による過渡トルク向上のイメージを示したもので、タービン回転数の上昇により、発進加速性能が向上することを車両Ｇによって示している。
図７は減速時制御のフローチャートである。
ステップ２１では、水温センサからの信号に基づいて、エンジン暖機後条件（水温Ｔｗが所定値以上）か否かを判定する。
【００３２】
ステップ２２では、アイドルスイッチＯＮ、すなわちアクセル開度ＡＰＯ＝０か否かを判定する。
ステップ２３では、車速センサからの信号に基づいて、車速の変化量ΔＶＳＰを算出し、車速の変化量ΔＶＳＰ＜０か否かを判定する。
ステップ２４では、変速レンジセンサからの信号に基づいて、自動変速機がＤレンジに代表される走行レンジか否かを判定する。
【００３３】
これらの判定の結果、全てＹＥＳ、すなわち、エンジン暖機後条件で、アイドルスイッチＯＮ、車速の変化量ΔＶＳＰ＜０、走行レンジのときに、減速時の作動条件と判定して、ステップ２５へ進む。従って、ステップ２１〜２４の部分が作動条件検出手段に相当する。
これに対し、いずれか１つでＮＯの場合は、作動条件不成立として、処理を終了する。
【００３４】
ステップ２５では、吸気を吸気コンプレッサをバイパスさせるため、吸気バイパス弁を開く。これにより、吸気抵抗を減らして、吸入空気量を増量することができる。
ステップ２６では、排気を排気タービンをバイパスさせないため、排気バイパス弁を閉じる。
【００３５】
ステップ２７では、燃料カット中か否かを判定する。
燃料カット中の場合は、ステップ２８へ進んで、電制スロットル弁を全開に制御して、吸入空気量を増大させ、処理を終了する。
燃料カット中でない場合は、ステップ２９へ進む。
ステップ２９では、燃料噴射量を成層燃焼用のリーン設定にして、固定する。
【００３６】
ステップ３０では、目標サージレベル（例えば目標回転変動量）をサージ限界付近に設定する。
ステップ３１では、実サージレベル（例えば実回転変動量）を検出する。
ステップ３２では、目標サージレベルと実サージレベルとの偏差の絶対値を所定値Ｂと比較し、偏差の絶対値が所定値Ｂ以下か否かを判定する。
【００３７】
偏差の絶対値が所定値Ｂより大きい場合は、ステップ３３へ進んで、実サージレベルと目標サージレベルとを比較し、実サージレベルの方が小さければ、ステップ３４で、電制スロットル弁の開度ＴＶＯを微小量増大させ、吸入空気量を増量して、空燃比をリーン化する。但し、実サージレベルの方が大きくなった場合は、ステップ３５で、電制スロットル弁の開度ＴＶＯを微小量減少させ、吸入空気量を減量して、空燃比をリッチ化する。そして、これらの後、ステップ３１へ戻る。
【００３８】
このような制御を繰り返し、目標サージレベルのサージ限界設定に対応させて、電制スロットル弁の開度ＴＶＯを増大し、サージ限界まで吸入空気量を増量して、空燃比をＡ／Ｆ＝５０〜７０までリーン化する。この結果、実サージレベルが目標サージレベル付近に達すると、ステップ３２での判定で、処理を終了する。従って、ステップ２５〜３５の部分が吸入空気量及び空燃比の制御手段に相当する。
【００３９】
図８は減速時制御のタイムチャートである。
このように、Ｄレンジでの減速時に、再加速に備えて、吸気コンプレッサに対する吸気バイパス弁を開くことで、吸気抵抗を減らして、吸入空気量を増量すると共に、燃料噴射量を固定して、サージ限界まで、吸入空気量を増量して、空燃比をリーン化する。従って、空燃比のリーン化により燃費の悪化を最小限に抑えつつ、吸入空気量増量により排気エネルギーを増大させて、タービン回転数を上昇させることができ、再加速時の排気タービンの応答遅れを改善して、過渡トルクを向上させることができる。
【００４０】
図９は減速時制御における吸気バイパス開によるタービン回転数上昇効果を示したもので、吸気バイパス開による吸入空気量の増量と、空燃比のリーン化による吸入空気量の増量とによって、排気エネルギーを増大させて、タービン回転数を上昇させ得ることを示している。
図１０は減速時制御による過渡トルク向上のイメージを示したもので、タービン回転数の上昇により、再加速性能が向上することを車両Ｇによって示している。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の構成を示す機能ブロック図
【図２】  本発明の一実施形態を示すシステム図
【図３】  アイドル停車時制御のフローチャート
【図４】  アイドル停車時制御のタイムチャート
【図５】  アイドルアップによるタービン回転数の上昇効果を示す図
【図６】  アイドル停車時制御による過渡トルク向上のイメージ図
【図７】  減速時制御のフローチャート
【図８】  減速時制御のタイムチャート
【図９】  吸気バイパス開によるタービン回転数の上昇効果を示す図
【図１０】  減速時制御による過渡トルク向上のイメージ図
【符号の説明】
１  エンジン
２  エアフローメータ
３  ターボ過給機
４  吸気コンプレッサ
５  インタークーラ
６  電制スロットル弁
７  吸気マニホールド
８  バイパス通路
９  吸気バイパス弁
１０  燃料噴射弁
１１  排気マニホールド
１２  排気タービン
１３  触媒
１４  バイパス通路
１５  排気バイパス弁
１６  自動変速機
２０  エンジンコントロールユニット
２１  クランク角センサ
２２  水温センサ
２３  アクセルセンサ
２４  車速センサ
２５  変速レンジセンサ
２６  ブレーキスイッチ
【図１】
0003812138.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003812138.tif 000010
【図１０】
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