JP2024104230A - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、動力源として車両に搭載される内燃機関の運転を制御する制御装置に関する。 The present invention relates to a control device that controls the operation of an internal combustion engine installed in a vehicle as a power source.
内燃機関の吸気通路上に吸気絞り弁として設置されるスロットルバルブは、車両の運転者の意思に基づき操作される。原則として、運転者によるアクセルペダルの操作量即ち踏込量が多いほど、スロットルバルブが大きく開かれる。両者の関係は、通常、一意の関係式またはマップデータとして予め定められている。 The throttle valve, which is installed as an intake throttle valve in the intake passage of an internal combustion engine, is operated based on the intentions of the vehicle driver. As a general rule, the more the driver operates the accelerator pedal, i.e., the more the throttle valve opens. The relationship between the two is usually determined in advance as a unique relational expression or map data.
ところで、気筒内でノッキングに代表される異常燃焼が生じていることを感知したときに、異常燃焼が鎮圧されるまで混合気への点火タイミングを遅角し、異常燃焼が生じない限りにおいて点火タイミングを進角させる、いわゆるノックコントロールシステムが公知である。副作用として、点火タイミングをMBT(Minimum advance for Best Torque)から離れる方向に遅角補正すると、その分だけ熱効率が悪化して内燃機関の出力が低下する。そこで、現在の点火タイミングの遅角補正量に応じてスロットルバルブの開度をより拡大し、内燃機関の出力低下を補うことが試みられている(例えば、下記特許文献を参照)。 By the way, a so-called knock control system is known in which, when it detects abnormal combustion in a cylinder, such as knocking, the ignition timing of the air-fuel mixture is retarded until the abnormal combustion is suppressed, and the ignition timing is advanced as long as abnormal combustion does not occur. As a side effect, when the ignition timing is retarded away from MBT (Minimum advance for Best Torque), the thermal efficiency is accordingly worsened and the output of the internal combustion engine is reduced. Therefore, attempts have been made to further increase the throttle valve opening depending on the amount of retard correction of the current ignition timing, thereby compensating for the reduced output of the internal combustion engine (for example, see the following patent document).
だが、点火タイミングの遅角補正量のみによってスロットルバルブの開度に修正を加えても、十分な出力そして動力性能を得られないことがある。車両が登坂路上に所在しており要求されている出力が大きい場合や、内燃機関の経年変化等に起因して異常燃焼が好発し点火タイミングを顕著に遅角している場合がそうである。 However, even if the throttle valve opening is adjusted only by the amount of ignition timing retard correction, there are cases where sufficient power and dynamic performance cannot be obtained. This is the case when the vehicle is on an uphill road and a large amount of power is required, or when abnormal combustion occurs frequently due to aging of the internal combustion engine, causing the ignition timing to be significantly retarded.
以上の点に着目してなされた本発明は、広汎な状況下で車両の運転者が意図する加速感を具現できるようにすることを所期の目的とする。 The present invention was developed with the above points in mind, and aims to realize the acceleration sensation that the vehicle driver intends in a wide range of situations.
本発明では、車両に搭載される内燃機関を制御するものであり、運転者が操作するアクセルペダルの踏込量とスロットルバルブの目標開度との関係を、気筒に充填された混合気への点火タイミングの遅角補正量に応じて変更し、なおかつ車速の加速度に応じて変更する内燃機関の制御装置を構成した。 The present invention is a control device for an internal combustion engine mounted on a vehicle, which changes the relationship between the amount of depression of the accelerator pedal operated by the driver and the target opening of the throttle valve according to the amount of retard correction of the ignition timing of the mixture filled in the cylinder, and also changes it according to the acceleration of the vehicle speed.
本発明によれば、広汎な状況下で車両の運転者が意図する加速感を具現することが可能になる。 The present invention makes it possible to realize the acceleration sensation intended by the vehicle driver under a wide range of conditions.
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。本内燃機関は、火花点火式の4ストロークレシプロエンジンであり、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の吸気バルブよりも上流、各気筒1に連なる吸気ポートの近傍には、吸気ポートに向けて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起こすものである。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。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an outline of an internal combustion engine for a vehicle according to this embodiment. This internal combustion engine is a spark-ignition four-stroke reciprocating engine, and is equipped with a number of cylinders 1 (one of which is shown in FIG. 1). An
吸気を気筒1に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、吸気絞り弁である電子スロットルバルブ32、サージタンク33、吸気マニホルド34を、上流からこの順に配設している。
The
排気を気筒1から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発生する排気を各気筒1の排気ポートから外部へと導く。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を配設している。
The
排気ガス再循環(Exhaust Gas Recirculation)装置2は、排気通路4と吸気通路3とを連通する外部EGR通路21と、EGR通路21上に設けたEGRクーラ22と、EGR通路21を開閉し当該EGR通路21を流れるEGRガスの流量を制御するEGRバルブ23とを要素とする。EGR通路21の入口は、排気通路4における触媒41の下流の所定箇所に接続している。EGR通路21の出口は、吸気通路3におけるスロットルバルブ32の下流の所定箇所(特に、サージタンク33若しくは吸気マニホルド34)に接続している。
The exhaust
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。ECU0は、複数基のECUまたはコントローラが、CAN(Controller Area Network)等の電気通信回線を介して相互に通信可能に接続されてなるものであることがある。
The ECU (Electronic Control Unit) 0, which is the control device for the internal combustion engine in this embodiment, is a microcomputer system having a processor, memory, an input interface, an output interface, etc. The
ECU0の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、内燃機関の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クランク角センサから出力されるクランク角信号b、車両の運転者によるアクセルペダルの踏込量をアクセル開度(いわば、要求されるエンジン負荷率またはエンジントルク)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、内燃機関の冷却水の温度を検出する水温センサから出力される冷却水温信号d、気筒1に向かって吸気通路3を流れる吸気(特に、サージタンク33若しくは吸気マニホルド34内)の吸気温及び吸気圧を検出する吸気温・吸気圧センサから出力される吸気温・吸気圧信号e、気筒1を内包しているシリンダブロックの振動の大きさを検出する振動式のノックセンサ13から出力される振動信号f、車両の加速度及び/または車両が所在する路面の勾配を検出する加速度センサ(Gセンサ)から出力される信号g、気筒1から排出され排気通路4を流れるガスの空燃比を検出する空燃比センサ(リニアA/FセンサまたはO2センサ)から出力される空燃比信号h等が入力される。
The input interface of the
ECU0の出力インタフェースからは、点火プラグ12に付随する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、電子スロットルバルブ32に対して開度操作信号k、EGRバルブ23に対して開度操作信号l等を出力する。
The output interface of ECU0 outputs an ignition signal i to an igniter associated with the
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に吸入される空気量に見合った要求燃料噴射量、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(一度の燃焼に対する火花点火の回数を含む)、要求EGR率(または、EGRガス量)等といった各種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を出力インタフェースを介して印加する。
The processor of ECU0 interprets and executes programs stored in memory in advance, and calculates operating parameters to control the operation of the internal combustion engine. ECU0 acquires various pieces of information a, b, c, d, e, f, g, and h required for controlling the operation of the internal combustion engine via an input interface, and determines various operating parameters such as the required fuel injection amount appropriate to the amount of air taken into
ノックコントロールシステムに関して補足すると、ECU0は、ノックセンサ13が出力する振動信号fを参照して、各気筒1におけるノッキング等異常燃焼の発生の有無を判定し、その判定結果に応じた点火タイミングの調整を行う。ECU0は、内燃機関1の気筒1またはシリンダブロックの振動の強度を示す振動信号fの現在のサンプリング値をノック判定値と比較し、前者が後者を上回ったならば、当該気筒1にて異常燃焼が起こったと判定する。翻って、振動信号fのサンプリング値がノック判定値以下であるならば、当該気筒1にて異常燃焼は起こっていないと判定する。
To add a bit more about the knock control system, ECU0 refers to the vibration signal f output by the
気筒1における異常燃焼の発生を感知したときには、以後異常燃焼が起こらなくなるまで点火タイミングを徐々に遅角させる、換言すればベース点火タイミングに加味する遅角補正量を徐々に増大させる。他方、異常燃焼の発生を感知していないときには、異常燃焼が起こらない限りにおいて点火タイミングを徐々に進角させ、即ちベース点火タイミングに加味する遅角補正量を減少させて、点火タイミングを可及的にMBTに近づけ内燃機関の熱効率の向上を図る。異常燃焼の有無の判定及び点火タイミングの遅角/進角補正は、各気筒1毎に個別に行うことができる。
When abnormal combustion is detected in
ECU0は、異常燃焼が沈静化した状態での点火タイミングの遅角補正量を学習する。即ち、当該遅角補正量を、現在の内燃機関の運転領域[エンジン回転数,エンジン負荷率(または、エンジントルク、サージタンク33若しくはマニホルド34内吸気圧、気筒1に充填される吸気量若しくは燃料噴射量)]に対応する学習値としてメモリに記憶保持する。学習値は、以後の内燃機関の制御において、対応する運転領域に遷移した際にメモリから読み出し、点火タイミングの補正に用いる。
ECU0 learns the amount of retard correction of the ignition timing when the abnormal combustion has subsided. That is, the retard correction amount is stored in memory as a learned value corresponding to the current operating range of the internal combustion engine [engine speed, engine load factor (or engine torque, intake pressure in
内燃機関の吸気通路3上のスロットルバルブ32の開度は、車両の運転者の意思に基づいて調節する。図2に、ECU0によるスロットルバルブ32の開度の目標値の決定手順を示す。はじめに、スロットルバルブ32の開度の基本量となるベース開度を、運転者によるアクセルペダルの操作量であるアクセル開度に応じて設定する(ステップS1)。一般に、ベース開度は、アクセル開度が大きいほど大きくなる。アクセル開度とベース開度との関係は、予め一意の関係式またはマップデータとして定め、メモリに記憶保持している。ステップS1にて、ECU0は、アクセル開度信号cを参照して得られる現在のアクセル開度をキーとしてマップデータを検索し、またはアクセル開度を関係式に代入して、ベース開度を演算する。
The opening of the
次に、ECU0は、ベース開度に、点火タイミングの遅角補正量に応じた修正を施す(ステップS2)。図3に、点火タイミングの遅角補正量に応じたスロットルバルブ32の開度の修正の傾向を例示する。図3中、横軸はアクセル開度、縦軸はベース開度に修正を施したスロットルバルブ32開度である。L1は点火タイミングの遅角補正量が最大である(点火タイミングがベース点火タイミングから最も離れている)ときの修正後の開度、L3は遅角補正量が最小である(点火タイミングがベース点火タイミングに最も近い)ときの修正後の開度、L2は遅角補正量が中間程度のときの修正後の開度である。スロットルバルブ32の開度は、点火タイミングの遅角補正量が大きいほど、ベース開度に比してより大きく拡大するように修正する。点火タイミングの遅角補正量とスロットルバルブ32開度の修正量との関係は、予め関係式またはマップデータとして定め、メモリに記憶保持している。ステップS2にて、ECU0は、現在の内燃機関の運転領域[エンジン回転数,エンジン負荷率]に対応する点火タイミングの遅角補正量の学習値を読み出すとともに、その学習値をキーとしてマップデータを検索し、または学習値を関係式に代入して、開度の修正量を演算する。
Next, the
引き続き、ECU0は、上記ステップS2にて算出した開度に、加速度センサの出力値に応じた修正を施す(ステップS3)。図4に、加速度センサの出力値に応じたスロットルバルブ32の開度の修正の傾向を例示する。図4中、横軸は加速度センサの出力値としての路面の勾配、縦軸はステップS2にて算出した開度に修正量として乗算する係数である。加速度センサを介して検出した路面の勾配が0°即ち水平であるとき、係数を1とする、つまりはスロットルバルブ32の開度を修正しない。路面の勾配が正値で上り勾配であるときには、係数を1よりも大とし、スロットルバルブ32の開度をより拡大する方向に修正する。その拡大量は、上り勾配の絶対値が大きいほど大きくなる。路面の勾配が負値で下り勾配であるときには、係数を1よりも小とし、スロットルバルブ32の開度をより縮小する方向に修正する。その縮小量は、下り勾配の絶対値が大きいほど大きくなる。加速度センサの出力値とスロットルバルブ32開度の修正量との関係は、予め関係式またはマップデータとして定め、メモリに記憶保持している。ステップS3にて、ECU0は、加速度センサの出力信号gを参照して得られる出力値をキーとしてマップデータを検索し、または出力値を関係式に代入して、開度の修正量を演算する。
Next, the
なお、加速度センサの出力値に応じた開度の修正量は、車速が0または0に近い閾値未満の停車状態となった機会毎に設定、更新することとし、発進してから暫くの期間または再び停車状態となるまで同じ修正量を用い続けることができる。勿論、スロットルバルブ32の目標開度の演算サイクルが訪れる都度、現時点での加速度センサの出力値に応じた修正量を設定するようにしても構わない。
The amount of correction to the opening according to the output value of the acceleration sensor is set and updated each time the vehicle is stopped and the vehicle speed is 0 or less than a threshold close to 0, and the same amount of correction can be used for a while after starting or until the vehicle is stopped again. Of course, it is also possible to set the amount of correction according to the current output value of the acceleration sensor each time a calculation cycle for the target opening of the
さらに、ECU0は、上記ステップS3にて算出した開度に、実際の車速の加速度に応じた修正を施す(ステップS4)。図5に、車速の加速度に応じたスロットルバルブ32の開度の修正の傾向を例示する。図5中、横軸は車速の加速度、縦軸はステップS3にて算出した開度に修正量として乗算する係数である。スロットルバルブ32の開度は、発進し加速しようとする車両の加速度が小さいほど、より大きく拡大するべきである。そのために、1より大の修正係数は、車速の加速度が小さいほど大きな値とし、車速の加速度が大きいほど小さな値とする。但し、車速の加速度が所定の閾値を上回っているときには、係数を1とし、スロットルバルブ32の開度を修正しない。車速の加速度とスロットルバルブ32開度の修正量との関係は、予め関係式またはマップデータとして定め、メモリに記憶保持している。ステップS4にて、ECU0は、車速センサの出力信号aを参照して得られる車速値(の時系列)、及び/または、加速度センサの出力信号gを参照して得られる加速度値(の時系列)から、現在の車速の加速度を推算する。そして、その加速度をキーとしてマップデータを検索し、またはその加速度を関係式に代入して、開度の修正量を演算する。
Furthermore, ECU0 applies a correction to the opening calculated in step S3 according to the actual vehicle acceleration (step S4). Figure 5 illustrates an example of the tendency of the correction of the opening of the
総じて、
スロットルバルブ32の目標開度=ベース開度に点火タイミングの遅角補正量を加味した開度×加速度センサの出力値に応じた修正量×車速の加速度に応じた修正量
となる。ECU0は、求めた目標開度を達成するよう、電子スロットルバルブ32に対して開度制御信号kを与える。
Overall,
The target opening of the
加速度センサの出力値に応じた修正量と、車速の加速度に応じた修正量とを併用するのは、前者のみでは停車した車両が発進した後でないと加速が十分か不十分か判別できず、運転者に不満感を与える可能性があるからである。後者の実際の車速の加速度に応じた修正量をも用いることで、発進時の加速が不十分な場合に速やかにスロットルバルブ32の開度を拡開して内燃機関の出力を増強でき、運転者に不満感を与えずに済む。
The reason why the correction amount according to the acceleration sensor output value and the correction amount according to the acceleration of the vehicle speed are used in combination is that with the former alone, it is not possible to determine whether the acceleration is sufficient or insufficient until the vehicle has started moving after being stopped, which may cause the driver to feel dissatisfied. By also using the latter correction amount according to the actual acceleration of the vehicle speed, the opening of the
本実施形態では、車両に搭載される内燃機関を制御するものであって、運転者が操作するアクセルペダルの踏込量とスロットルバルブ32の目標開度との関係を、気筒1に充填された混合気への点火タイミングの遅角補正量に応じて変更し、なおかつ車速の加速度に応じて変更する内燃機関の制御装置0を構成した。
In this embodiment, an internal combustion
本実施形態によれば、広汎な状況下で車両の運転者が意図する加速感を具現でき、車両のドライバビリティを高く保つことができる。本実施形態の制御を実装するにあたり、新たなハードウェアの追加は不要であり、徒にコストを増大させずに済む。 According to this embodiment, the acceleration feeling intended by the vehicle driver can be realized under a wide range of conditions, and the drivability of the vehicle can be maintained at a high level. Implementing the control of this embodiment does not require the addition of new hardware, and does not unnecessarily increase costs.
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的な構成や処理の手順等は、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。 The present invention is not limited to the embodiment described above. The specific configuration of each part and the processing procedure can be modified in various ways without departing from the spirit of the present invention.
0…制御装置(ECU)
1…気筒
12…点火プラグ
32…スロットルバルブ
a…車速信号
b…クランク角信号
c…アクセル開度信号
e…吸気温・吸気圧信号
f…振動信号
g…加速度信号
i…点火信号
j…燃料噴射信号
k…スロットルバルブの開度制御信号
0...Control unit (ECU)
1...
Claims (1)
運転者が操作するアクセルペダルの踏込量とスロットルバルブの目標開度との関係を、気筒に充填された混合気への点火タイミングの遅角補正量に応じて変更し、なおかつ車速の加速度に応じて変更する内燃機関の制御装置。 A control device for controlling an internal combustion engine mounted on a vehicle,
A control device for an internal combustion engine that changes the relationship between the amount of depression of an accelerator pedal operated by a driver and a target opening degree of a throttle valve according to the amount of retard correction of the ignition timing of the mixture filled in the cylinder, and also according to the acceleration of the vehicle speed.
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