JPH07189799A

JPH07189799A - 内燃機関の制御装置及び制御方法

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Publication number: JPH07189799A
Application number: JP5334895A
Authority: JP
Inventors: Toshiji Nogi; 利治野木; Mamoru Fujieda; 藤枝　　護; Takashige Oyama; 宜茂大山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 1995-07-28
Anticipated expiration: 2023-04-16
Also published as: JP4075080B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の目的は、ポンピング損失を増大するこ
となく、エンジン出力を制御し、運転性を向上すること
にある。【構成】気筒内に直接燃料を噴射する手段２と、気筒内
の空気量を制御する手段５１と、変速機を備えたシステ
ムにおいて、駆動トルクを燃料噴射量と空気量，変速機
のギア段で制御する。絞り弁５０の開度を大きくし、燃
料量によってエンジンの出力が応答良く制御されるの
で、ポンピング損失が増大することなく、運転性が向上
できる。【効果】シリンダ内への燃料噴射量で噴射量を制御でき
るので、ポンピング損失を増大することなく、応答良く
エンジン出力を制御し、運転性を向上できる。また、シ
リンダ内への燃料分布を任意に制御できるので、希薄燃
焼を行うことができ、燃費，排気浄化性の点でも有効で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンジンの制御システム
に係り、特にシリンダ内に直接ガソリン系の燃料を噴射
して火花点火し、エンジントルクを制御する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】吸気管に取り付けた絞り弁でエンジント
ルクを制御する方法は公知である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、絞り弁
によって吸入空気量を制御しても、吸気管内の容積があ
るのでエンジンの出力を応答良く制御することができな
い。また、絞り弁があるので、吸入空気の流動損失，エ
ンジンのポンピング損失が大きくなり、燃費低減が困難
である。

【０００４】本発明の目的は、ポンピング損失を増大す
ることなく、エンジントルクを制御し、運転性，燃費，
排気浄化性を向上することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、エンジ
ンの燃焼室に開口部をもつ燃料噴射弁によって燃料を噴
射し、変速機のギア比を切り替えるときにトルク段差が
無いように燃料量を変化させることによって達成され
る。

【０００６】

【作用】駆動トルクに応じて変速機のギア比を選定し、
さらに駆動トルクが必要な場合には変速機のギア比を大
きくする。ギア比を切り替えるときに、駆動トルクが変
動しないように燃料噴射量を制御する。エンジンの燃焼
室に開口部をもつ燃料噴射弁によって燃料を噴射するの
で、吸気管などへの付着がなく、燃料の流入速度が大き
く、燃料量によってエンジントルクを高応答で制御でき
る。空燃比を大きく設定できるので、絞り弁開度を大き
くでき、ポンピング損失を少なくできるので燃費を向上
できる。また空燃比を大きくできるので、排気中のＣ
Ｏ，ＨＣを少なくできる。

【０００７】

【実施例】本発明の実施例を図１を用いて説明する。吸
入空気量は吸気管に取り付けたエアフローメータ１によ
って計量される。エンジン回転数はクランク角センサ９
によって検出する。気筒内に吸入される空気量，エンジ
ン回転数に応じて、燃料量を決め、燃料を気筒内に燃料
噴射弁２より噴射する。空気量はアクセルワイヤに接続
された絞り弁５１とモータによって絞り弁を制御する絞
り弁５０で制御する。空気量は絞り弁５０のみで制御し
てもよいが、アクセルワイヤに接続された絞り弁５１を
取り付けると絞り弁５０の異常動作時でも空気量が多く
なり過ぎることがない。気筒内に燃料を直接噴射するの
で、吸気管１３，吸気弁４に燃料が付着せず燃料の吸入
速度が大きい。また、燃料噴射時期を選ぶことによっ
て、気筒内の燃料の分布を制御することができる。燃料
を吸気工程，圧縮工程に噴射する。点火プラグによって
気筒内の混合気に点火する。点火プラグ周りに濃混合気
を形成することによって希薄混合気でも安定燃焼をする
ことができる。排気管１２にＣＯ，ＨＣを酸化し、酸化
雰囲気でＮＯｘを還元できる機能をもった触媒６を配置
する。このため、希薄燃焼のように排気に酸素があって
もＮＯｘを還元できる。排気に取り付けた空燃比センサ
によって排気ガスの空燃比を検出し、目標空燃比になっ
ているかを調べる。目標空燃比より希薄であれば、燃料
量を増大する。さらに、酸化雰囲気でＮＯｘを還元する
にはＨＣが必要であり、さらに触媒の浄化効率が最大と
なるように触媒温度を制御するので、触媒温度を温度セ
ンサー２８で検出し、目標触媒温度、ＨＣになるように
燃料噴射量、点火時期を制御する。充電機１４は制御装
置８によって充電動作を外部より制御できる。減速時に
充電動作を行い、減速エネルギを回収する。さらに、エ
ンジンの吸入空気量は過給機１１によって増大させるこ
とができる。触媒の動作は排気酸素濃度でも影響を受け
るので、触媒入り口に空気導入通路３４を設け、制御弁
３４で空気量を制御する。空気はエアポンプ３５で導入
してもよい。空気量を多くすると空気によって触媒が冷
却されるので触媒の温度制御のために使用してもよい。

【０００８】図２に要求トルクＴｖとエンジントルクＴ
ｅの関係を示す。変速機のギア比が５段階のものを例と
して説明する。絞り弁全開で燃料量を変化させた。要求
トルクＴｖが小さいときにはギア比の小さい５速を選択
する。要求トルクＴｖが大きくなると燃料量を多くし
て、エンジントルクＴｅを大きくする。この時燃料量は
安定燃焼のための希薄限界以内でＮＯｘの少ない空燃比
が３０から２０の間で変化させる。しかし、ＮＯｘ触媒
の浄化率特性を考慮して空燃比の範囲を変えても良い。
また、安定燃焼限界がもっと大きい空燃比まで可能であ
れば、３０以上にしても良い。大きな空燃比で運転する
とポンピング損失が少なくなり、燃費が向上する。要求
トルクＴｖがさらに大きくなるとギア比を大きくし、４
速にする。このとき、空燃比が２０のままギアを切り替
えると駆動トルクが大きくなり過ぎ、トルクの段差が生
じ、運転性が悪化する。そこで燃料量を少なくし、エン
ジンの発生トルクを少なくして、駆動トルクの段差を防
止する。同様に要求トルク増大に従い、順次ギアを切り
替える。ここで、駆動トルクは次のように求めることが
できる。

【０００９】（駆動トルク）＝（エンジントルク）×（ギア比）すなわち、ギア比が大きくなるほど駆動トルクが大きく
なる。空燃比の範囲を２０から３０のように固定として
選ぶと、トルク段差がないようにギア比を選ぶ。１速で
空燃比を２０となりそれ以上トルクが必要なときには空
燃比をさらに小さくする。この時、空燃比を１６などに
するとＮＯｘが増大するので、空燃比が１５までスキッ
プさせる。要求トルクＴｖは例えばアクセル開度によっ
て決める。アクセル開度が大きいときには要求トルクＴ
ｖが大きいとする。

【００１０】図３に絞り弁開度θと要求トルクＴｖの関
係を示す。要求トルクＴｖが小さいときには絞り弁開度
θを小さくして、エンジントルクを小さくする。それ以
上のトルクでは絞り弁開度θを全開にして順次ギア比を
切り替える。１速ではＮＯｘの発生量を考慮して、空燃
比をスキップさせるのでトルク段差が生じるため、絞り
弁開度を閉じる方向に制御して、トルク段差がないよう
にする。絞り弁開度はモータ等で制御する。閉じる方向
の制御で良いのでエンジンのトルクが運転者の意図に反
して大きくなることがない。絞り弁は全開にすることが
望ましいがエンジンの性能上全開運転ができないときに
はできる限り、絞り弁が開いた状態で運転する。

【００１１】図４に要求駆動トルクＴｖと車速に対する
ギア位置Ｖの関係を示す。車速に応じてギア比を切り替
える。車速が高いほどギア比を小さくする。ギア比を大
きくすると駆動トルクを大きくすることができる。絞り
弁開度を全開として低速から車速を大きくする場合を例
にとり説明する。１速から２速の下限になると空燃比を
３０から２０に切り替え、トルク段差がないようにす
る。要求トルクの減少に伴い、空燃比を２０から３０に
する。車速がさらに大きくなると３速に切り替え、その
時に空燃比を２０に変更し、トルク段差がないようにす
る。同様に５速まで繰り返す。１速で要求トルクを変化
させる場合には絞り弁全開で空燃比３０とし、さらにト
ルクが必要なときには燃料量を多くして、空燃比を２０
とする。トルクが少ないときには絞り弁開度を小さく
し、空気量を少なくする。空燃比を一定としたとき、空
気量が少なくなると燃料量が少なくするのでトルクが小
さくなる。要求トルクが小さく、かつ５速の下限車速よ
りも大きいときには５速を選択する。５速の下限車速よ
り車速を小さくすると、エンジン回転数が低くなり過ぎ
る。５速全開、空燃比２０よりもトルクが必要なときに
は、車速が４速の下限よりも大きければ４速を選定す
る。そのとき空燃比を３０としてトルクの段差が生じな
いようにする。４速で全開空燃比３０よりもトルクを小
さくするときには絞り弁を閉じる。同様に、要求トルク
を大きくするときには、３速に変更する。同様に１速ま
でギアを変更しながら、トルク制御する。

【００１２】図５に１速の下限車速以下における車速と
トルクコンバータ出口のエンジントルクＴｅの関係を示
す。下限車速以下では変速機と接続したままであるとエ
ンジン回転数が低くなり過ぎ、極端にはエンストを生ず
る。そのような領域では変速機とエンジンを直結するい
わゆるロックアップを解除し、トルクコンバータを介し
て接続する。車速が小さくなるとトルクコンバータの入
り口，出口の回転数に差を生ずるすべり領域となる。す
べり領域ではトルクが増倍され、トルクコンバータ出口
のエンジントルクが大きくなる。空燃比によってエンジ
ントルクを変化できる。例えばエンジン回転数が８００
rpm 以下ではロックアップを解除する。しかし、トルク
コンバータによってすべりがあると、トルクコンバータ
でエネルギの伝達損失があり、燃費が悪化する。

【００１３】図６に空燃比とＮＯｘ排出量の関係を示
す。空燃比が１６程度でＮＯｘ排出量が増大する。空燃
比１５では三元触媒が効果的であるが、空燃比が大きく
なるとＮＯｘを還元できない。ＮＯｘ還元触媒を配置す
ればＮＯｘを除去できるが基本的にはエンジンから排出
されるＮＯｘを少なくするのが望ましい。そのため、Ｎ
Ｏｘの排出の多くなる空燃比をスキップさせる。このと
き、空燃比のスキップによりトルク段差を生ずるので、
前述のように絞り弁で空気量を制御する。

【００１４】図７に変速機およびエンジンの制御のフロ
ーチャート図を示す。アクセル開度、車速よりギア段数
ｒ＝５の時のエンジン回転数を計算する。エンジン回転
数が例えば８００rpm 以下ではギア段数を１速小さく
し、エンジン回転数が８００rpm 以下とならないように
ギア段数を小さくする。フローチャートでは順次、ギア
段数を小さくしていくが、最低許容エンジン回転数と車
速よりギア段数を決めてもよい。ギア段数が１速より大
きいときにはロックアップする。ギア段数が１速である
とエンジン回転数が最低許容エンジン回転数よりも低く
てもそれ以上ギア段数を小さくできないのでロックアッ
プを解除する。ギア段数を決めると運転者が要求する駆
動トルクに対して、要求エンジントルク（要求トルク）
を計算する。次に、要求トルクより燃料量を計算し、絞
り弁全開としたときの空燃比を計算する。空燃比が３０
以上では不安定な燃焼となるので、空燃比が３０となる
ように絞り弁開度を計算する。これによって、決定した
燃料量，絞り弁開度，ギア段数となるように各アクチュ
エータ（燃料噴射弁，絞り弁，変速機）を制御する。一
方、空燃比が２０以下の場合、ギア段数ｒ−１として、
エンジン回転数を計算しなおす。このとき、駆動トルク
段差がないように燃料量を制御する。また、ギア段数が
１速ではそれ以上にギア段数を小さくできないので空燃
比を１２から１５とする。このとき、ＮＯｘの排出量が
少なくなるように空燃比をスキップさせているので、駆
動トルクの段差がないように絞り弁開度を計算し、アク
チュエータを制御する。

【００１５】図８にアクセル開度と要求駆動トルクの関
係を示す。アクセル開度が小さいほど、要求駆動トルク
を小さくする。車速が大きくなるほど同じアクセル開度
では要求駆動トルクを小さくする。要求駆動トルクが負
になっているのはエンジンブレーキを意味する。車速が
大きいほど同じアクセル開度ではエンジンブレーキのき
きが良い。

【００１６】図９に示すようにアクセル開度と車速に対
して要求駆動トルクを決める。これらの値はマップとし
て制御用のコンピュータのメモリに記憶させておく。例
えばアクセル開度および車速を１６分割して、２５６個
の要求駆動トルク値を記憶させる。

【００１７】図１０にエンジン回転数とエンジントルク
の関係を示す。同じエンジン回転数では絞り弁開度が大
きいほどトルクが大きくなる。絞り弁開度を制御するこ
とによってエンジントルクを制御できる。また、空燃比
によってエンジントルクが異なるので絞り弁開度，燃料
量を変化させて、トルクを制御する。

【００１８】図１１はエンジン回転数とエンジントルク
の関係をマップの形にしたものの概念図である。エンジ
ン回転数とエンジントルクの関係の値はマップとして制
御用のコンピュータのメモリに記憶させておく。例えば
エンジン回転数およびエンジントルクを１６分割して、
２５６個の絞り弁開度を記憶させる。このようなマップ
から絞り弁開度を決める。

【００１９】本発明の他の効果として、過給しない場合
は過給した場合に比べて、吸入空気量が多くなり、エン
ジントルクが図１２に示すように増大する。過給手段と
して、排気ターボを用いると、運転者の意志とは無関係
に過給しない場合（ａ）と過給した場合（ｂ）のトルク
特性をとるので加速時に急にエンジンの出力が大きくな
るなど違和感がある。

【００２０】図１３はエンジントルクと絞り弁開度の時
間変化を示すタイムチャート図である。アクセルを踏む
と空気量が増えて燃料噴射量が大きくなる。過給した場
合、空気量が急に大きくなるので、図１３（ｂ）に示す
ように運転者の意志とは無関係にトルクが大きくなり、
違和感がある。過給しない場合、絞り弁開度に対するエ
ンジントルクの変化が（ａ）に示すようになる。このた
め、過給の回転数が高くなるまでには慣性力によってあ
る程度の時間を要するため、加速時の途中から過給され
るようになる。

【００２１】図１４に本発明の第二実施例の制御ブロッ
ク図を示す。車体の加速度を加速度センサで検出し、ア
クセルペダルに対して、所望の軸トルクであるかを比較
し、所望の軸トルクでない場合にはエンジンの出力を修
正する。エンジンの出力は、燃料噴射量または絞り弁開
度によって空気量を制御する。エンジンの出力を修正す
る手段で所望の駆動トルクを得られない場合はエンジン
の変速比を修正する。図１５に燃料量と車体加速度の時
間変化を示す。アクセル開度に対して、目標加速度を図
のように決めるため、燃料量を大きくして、エンジント
ルクを大きくする。筒内噴射では気筒内に直接燃料を噴
射できるので吸気管などへの燃料の付着がなく対応良く
トルクを制御できる。加速度を検出して目標加速度とな
るように燃料量を制御する。

【００２２】図１６に吸入空気量，燃料量と車体加速度
の時間変化を示す。アクセル開度に対して、目標加速度
を図のように決めるため、燃料量，吸入空気量を大きく
して、エンジントルクを大きくする。吸入空気量は絞り
弁開度で制御するが、吸気管内の容積によって遅れが生
じ、対応良くトルクを制御できない。このため、エンジ
ントルクの大きな変化を空気量で制御し、変動の小さな
制御を燃料量で行う。このような制御では空燃比の変化
の範囲を狭くできるとともに、広い範囲でエンジントル
クを制御することができる。

【００２３】本発明では、絞り弁全開領域を多く用いる
ので、減速時エンジンブレーキがききずらい。そこで、
減速時には、充電機を動作させ、充電制御を行う。これ
によって、減速時のエンジンブレーキを行うことがで
き、かつ減速時のエネルギを回収することができる。こ
れに減速状態は例えば噴射パルスＴｐが設定値Ｔｐｃ以
下かつ絞り弁開度が所定値以下でかつエンジン回転数Ｎ
が設定値以上では減速と判断し、充電動作を行う。その
他噴射パルスが設定値以上や設定値以下でもアクセル開
度が設定値以上では充電動作を行う。充電動作中の場合
には、充電目標電圧を高くし、充電負荷を大きくする。
充電負荷として、燃料ヒータなど他の負荷を用いても良
い。絞り弁を用いた場合には、減速時には絞り弁を閉じ
る。

【００２４】

【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、エ
ンジンのシリンダ内へ直接噴射する燃料の噴射量を制御
できるので、ポンピング損失を増大することなく、応答
良くエンジン出力を制御し、運転性を向上できる。ま
た、シリンダ内への燃料分布を任意に制御できるので、
希薄燃焼を行うことができ、燃費，排気浄化性の点でも
有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例を示す概念図。

【図２】要求トルクとエンジントルクとの相関図。

【図３】絞り弁開度と要求トルクとの相関図。

【図４】要求駆動トルクとギヤ位置との相関図。

【図５】車速とエンジントルクとの相関図。

【図６】空燃比とＮＯｘ排出量との相関図。

【図７】変速機及びエンジンの制御フローチャート図。

【図８】アクセル開度と要求駆動トルクとの相関図。

【図９】アクセル開度と車速との相関図。

【図１０】エンジン回転数とエンジントルクとの相関
図。

【図１１】エンジン回転数とエンジントルクとの相関
図。

【図１２】エンジン回転数とエンジントルクとの相関
図。

【図１３】エンジントルクと絞り弁開度の時間変化を示
すタイムチャート図。

【図１４】本発明の第二実施例の制御ブロック図。

【図１５】燃料量と車体加速度の時間変化を示すタイム
チャート図。

【図１６】空気量，燃料量と車体加速度の時間変化を示
すタイムチャート図。

【符号の説明】

１…エアフロメータ、２…燃料噴射弁、３…点火プラ
グ、４…吸気弁、５…排気弁、６…触媒、７…空燃比セ
ンサ、８…制御装置、１４…充電機。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０２Ｄ 29/00 Ｃ 29/02 ３４１ 29/06 Ｈ 41/04 ３０５Ｇ３１０Ｇ３３０ＧＦ０２Ｐ 5/15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する開口部
を備えた燃料噴射手段と、気筒内の空気量を制御する空
気量制御手段と、変速機とを備えたシステムにおいて、
駆動トルクを燃料噴射量と空気量、及び、変速機のギア
段の少なくともいずれかひとつで制御する駆動トルク制
御手段を備えた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の記載において、前記駆動トルク
制御手段はエンジントルクがあらかじめ定められた値よ
り小さいときには空燃比をほぼ一定として絞り弁を制御
し、トルクがあらかじめ定められた前記値より大きいと
きには空燃比を変化させるように制御することを特徴と
する内燃機関の制御装置。
【請求項３】請求項１の記載において、前記駆動トルク
制御手段は変速時に駆動トルクの変動が無いように燃料
量を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】請求項１の記載において、前記駆動トルク
制御手段は変速時に空燃比を切り替え、そのときにトル
クの変動が無いように変速機のギア比を選ぶことを特徴
とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】請求項１の記載において、前記駆動トルク
制御手段は最小ギア比を選択するときにＮＯｘの排出量
が多くなる空燃比をさけ、そのときに駆動トルクの段差
がないよう絞り弁開度を制御することを特徴とする内燃
機関の制御装置。
【請求項６】請求項１の記載において、前記駆動トルク
制御手段は減速時に充電動作を行うことを特徴とする内
燃機関の制御装置。
【請求項７】請求項１の記載において、前記駆動トルク
制御手段は触媒温度を予め決めた値に制御することを特
徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項８】請求項７の記載において、前記駆動トルク
制御手段は触媒温度を点火時期で制御することを特徴と
する内燃機関の制御装置。
【請求項９】請求項１の記載において、前記駆動トルク
制御手段は排気濃度を予め決めた値に制御することを特
徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１０】請求項９の記載において、前記駆動トル
ク制御手段は排気濃度を触媒の入り口に取り付けた空気
導入手段で行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１１】燃料噴射手段は内燃機関の燃焼室に燃料
を噴射する開口部を備え、空気量制御手段は気筒内の空
気量を制御する内燃機関の制御方法において、前記内燃
機関に接続された変速機の出力側の駆動トルクを、前記
燃料噴射手段の燃料噴射量と前記空気量制御手段の空気
量、及び、前記変速機のギア段の少なくともいずれかひ
とつで制御することを特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項１２】請求項１１の記載において、内燃機関の
出力側のエンジントルクが小さいときには空燃比をほぼ
一定として絞り弁を制御し、トルクが大きいときには空
燃比を制御することを特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項１３】請求項１１の記載において、変速時に駆
動トルクの変動が無いように燃料量を制御することを特
徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項１４】請求項１１の記載において、変速時に空
燃比を切り替え、そのときにトルクの変動が無いように
変速機のギア比を選ぶことを特徴とする内燃機関の制御
方法。
【請求項１５】請求項１１の記載において、最小ギア比
を選択するときにＮＯｘの排出量が多くなる空燃比をさ
け、そのときに駆動トルクの段差がないよう絞り弁開度
を制御することを特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項１６】請求項１１の記載において、減速時に充
電動作を行うことを特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項１７】請求項１１の記載において、触媒温度を
予め決めた値に制御することを特徴とする内燃機関の制
御方法。
【請求項１８】請求項１７の記載において、触媒温度を
点火時期で制御することを特徴とする内燃機関の制御方
法。
【請求項１９】請求項１１の記載において、排気濃度を
予め決めた値に制御することを特徴とする内燃機関の制
御方法。
【請求項２０】請求項１９の記載において、排気濃度を
触媒の入り口に取り付けた空気導入手段で行うことを特
徴とする内燃機関の制御方法。