JP2002349331A

JP2002349331A - 車両用エンジンの制御装置

Info

Publication number: JP2002349331A
Application number: JP2001157071A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kisaka; 浩幸木坂; Yoshiyuki Shinya; 義之進矢; Shingo Harada; 真吾原田; Akitomo Kume; 章友久米
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2001-05-25
Filing date: 2001-05-25
Publication date: 2002-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】加速振動低減のためのエンジントルク低減を、
空燃比のリーン化補正によって行う場合に、ＮＯｘの増
大を防止あるいは抑制する。【解決手段】ギア位置に対応した駆動系の共振周波数が
設定され、エアフローメータ６で検出された吸入空気量
信号中から上記設定された共振周波数成分が抽出され
る。抽出された共振周波数成分は、位相合わせが行われ
た後、エンジントルクの低減量に換算される。基本的
に、空燃比をリーン化することによってエンジントルク
の低減が行われる。ただし、リーン化された補正後の空
燃比が、ＮＯｘ量が所定値以上となるα１とα２との間
の所定空燃比範囲となるときは、空燃比のリーン化補正
を行うことなく点火時期の遅角のみによってトルク低減
が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は車両用エンジンの制
御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】車両においては、エンジン負荷が増大さ
れる加速時に、駆動系から不快な振動を発生することが
多い。この不快な振動は、駆動系のうちドライブシャフ
トがねじり振動されることを主要因としており、エンジ
ン負荷の増大に伴って増大されるエンジントルクが駆動
系の共振周波数成分を含むときに発生する。そして、こ
の共振周波数は、変速機のギア位置毎に相違している。

【０００３】駆動系から発生される不快な振動を低減す
るために、特開平８−２３２６９６号公報には、変速機
のギア位置に応じて設定される共振周波数成分を含むこ
とになる所定態様の加速時つまりエンジン負荷の増大態
様が所定態様のときに、供給燃料量を低減することによ
ってエンジントルクを低減することが開示されている。
そして、所定態様の加速の検出タイミングから、エンジ
ン回転数約１回転分だけ遅延させて供給燃料量の低減を
行うことも開示されている（位相合わせ）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記公報記
載のように、加速時の振動低減のためのエンジントルク
低減を、燃料供給量を低減することつまり空燃比のリー
ン化によって行うことは、燃費向上の観点からは好まし
いものとなる。

【０００５】しかしながら、空燃比のリーン化をすすめ
ていくと、排気ガス中のＮＯｘ量が非常に多くなる所定
空燃比範囲というものが問題となる。すなわち、理論空
燃比（λ＝１で、空燃比＝１４．７）からリーン化して
いくにしたがって、エンジントルクの低減量は徐々に大
きくなるが（エンジントルクそのものは徐々に小さくな
る）、ＮＯｘ量は空燃比が１６付近で最大となり、空燃
比１６付近からリッチになるにつれてあるいはリーンに
なるにつれてそれぞれＮＯｘ量は徐々に低減することに
なる。そして、空燃比のリーン化のみによって要求トル
ク低減量を実現しようとすると、ＮＯｘ量が極めて多く
なる空燃比１６付近を使用せざるを得ないことになり、
この点において何らかの対策が望まれることになる。

【０００６】本発明は以上のような事情を勘案してなさ
れたもので、その目的は、加速振動低減のために空燃比
のリーン化補正を利用してエンジントルク低減を行う場
合に、ＮＯｘが増大してしまう事態を防止あるいは抑制
できるようにした車両用エンジンの制御装置を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明にあっては、基本的に、空燃比のリーン化補
正に加えて、点火時期の遅角によってもエンジントルク
の低減制御を行なえるようにしてある。そして、空燃比
のリーン化補正によるトルク低減はＮＯｘ量が問題とな
らない空燃比範囲で行うようにする一方、ＮＯｘが問題
となる空燃比範囲では点火時期の遅角によってトルク低
減を得るようにしてある。

【０００８】具体的には、次のような解決手法を採択し
てある。すなわち、特許請求の範囲における請求項１に
記載のように、加速時に、加速振動低減のために必要な
要求トルク低減量を求めて、該要求トルク低減量だけエ
ンジントルクを低減させるトルク低減手段を備えた車両
用エンジンの制御装置において、前記トルク低減手段
が、空燃比のリーン化補正によるエンジントルク低減
と、点火時期の遅角によるエンジントルクの低減とを行
えるように設定され、前記トルク低減手段は、前記要求
トルク低減量を得るのに必要なリーン化補正後の空燃比
が、排気ガス中のＮＯｘ量が所定値以上となる所定空燃
比範囲に該当しないときは、該リーン化補正によって前
記要求トルク低減量を実現させる一方、該リーン化補正
後の空燃比が該所定空燃比範囲にあるときは点火時期の
遅角によって前記要求トルク低減量を実現するように設
定されている、ようにしてある。

【０００９】前記リーン化補正後の空燃比が前記所定空
燃比範囲よりもリーンな空燃比として設定される特定空
燃比よりもリーンになるときは、該特定空燃比に補正さ
れた状態でエンジントルクの低減を実現させると共に、
該特定空燃比としただけでは前記要求トルク低減量に対
して不足する分のトルク低減量を点火時期の遅角によっ
て実現することもできる。この場合は、空燃比のリーン
化限界を考慮して、極力空燃比のリーン化補正によるト
ルク低減を得つつ、トルク低減量の不足分を点火時期の
遅角によって補うことができる。

【００１０】燃料カットによるトルク低減をも行うよう
に設定されて、前記特定空燃比に補正することにより得
られるトルク低減量と点火時期を遅角することにより得
られるトルク低減量と合計した加算値が要求トルク低減
量よりも小さいとき、つまり要求トルク低減量そのもの
のが相当に大きくて、空燃比のリーン化補正や点火時期
の遅角では対応しきれないときは、燃料カットによるト
ルク低減を行うようにすることができる。

【００１１】エンジン負荷に関する値（例えば吸入空気
量）から車両の駆動系の共振周波数成分を抽出するフィ
ルタ手段を設けて、前記要求トルク低減量を、前記フィ
ルタ手段によって抽出された共振周波数成分を低減する
値として求めるようにすることもできる。このようにす
ることによって、加速振動が生じるような種々の加速の
態様というものをあらかじめ多数記憶しておくことな
く、加速振動が生じるような加速状態であることを検出
することができ、また加速振動を低減すべき要求トルク
低減量の大きさというものも精度よく設定することがで
きる。

【００１２】

【発明の効果】本発明によれば、加速振動低減のための
エンジントルク低減を、燃費向上に有利な空燃比のリー
ン化補正を極力有効に利用して行いつつ、点火時期の遅
角をも有効に利用してＮＯｘの増大を防止あるいは抑制
することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１において、１は多気筒（実施
形態では火花点火式の直列４気筒）とされたエンジン本
体で、その吸気通路が符号２で示される。吸気通路２
は、途中にサージタンク３を有し、その上流側の吸気通
路が各気筒共通の共通吸気通路４とされている。この共
通吸気通路４には、その上流側から下流側へ順次、エア
クリーナ５、エンジン負荷検出手段としてのエアフロー
メータ６、スロットル弁７が配設されている。また、サ
ージタンク３の下流側における吸気通路２は、各気筒毎
に個々独立して設けられた独立吸気通路８とされ、この
独立吸気通路８には燃料供給手段としての燃料噴射弁９
が配設されている。

【００１４】図１中Ｕは、マイクロコンピュータを利用
して構成された制御ユニット（コントローラ）である。
この制御ユニットＵには、エアフローメータ６で検出さ
れたエンジン負荷に関する値としての吸入空気量信号、
エンジン回転数センサ１０によって検出されたエンジン
回転数信号、変速機のギア位置つまりギア比を検出する
ギア比検出センサ１１からのギア比信号が入力される。
また、制御ユニットＵからは、エンジントルク低減制御
のために、燃料噴射弁９へ燃料噴射量信号が出力される
と共に、点火プラグ１２の点火時期を制御するイグナイ
タ１３へ点火時期信号が出力される。

【００１５】図２は、アクセルペダルを一気に踏み込ん
だいわゆるステップ応答のときに、エンジン回転数の変
化（車両の振動を示すトルク変化あるいは車両の前後加
速度の変化と同じ）を示すものである。アクセルペダル
をステップ応答的に踏み込んだときは、実質的に全ての
周波数成分を含むものであり、したがって、加速時にお
ける駆動系の共振周波数成分をも含むこととなって、加
速初期に大きなトルク変化（増大）を生じる。特に、図
２で破線丸印で囲んだ加速初期時の１回目の大きなトル
ク増大は、駆動系が共振した不快な振動に起因するもの
であり、この大きなトルク増大を防止することが、その
直後のトルクの大きな落ち込みを防止あるいは抑制する
ことにもなって、駆動系の発生する不快な振動を効果的
に低減する上で効果的となる。

【００１６】図３は、ギア位置毎の駆動系の共振周波数
を示すものであり、図３の例では、共振周波数は、１速
では２Ｈｚ付近であり、２速では４Ｈｚ付近であり、３
速では６Ｈｚ付近であり、４速では８Ｈｚ付近であり、
５速では１０Ｈｚ付近である。この２Ｈｚ〜１０Ｈｚの
共振周波数は、アクセルペダルをステップ的に踏み込ん
だときは全て含まれることになる。

【００１７】制御ユニットＵは、加速時の駆動系の振動
防止のために、検出された吸入空気量信号の中からギア
位置に応じた共振周波数成分を抽出し、この抽出された
共振周波数成分のトルクを燃料噴射タイミングに適合さ
せるために位相調整した後、共振周波数成分のトルク分
だけエンジントルクを低減するように制御する。このよ
うな制御ユニットＵの制御内容を、図式的に示したのが
図４である。

【００１８】この図４について説明するが、図４では、
時間は燃料噴射タイミングを基準として設定されてい
る。まず、エアフローメータ６で検出された吸入空気量
信号が、符号３１で示すような態様でバンドパスフィル
タ２１に入力される。バンドパスフィルタ２１は、ギア
位置に応じた共振周波数成分を抽出するようにそのフィ
ルタ係数が設定、変更されており、ギア位置に応じた共
振周波数成分が出力され、その出力の態様が符号３２で
示される。

【００１９】バンドパスフィルタ２１からの出力は、位
相適合手段２２によって点火時期において１点火分だけ
位相が進められ、位相が進められた共振周波数成分が符
号３３で示される。この位相適合（位相補正）は、エン
ジン回転数あるいはギア比の少なくとも一方をパラメー
タとして行うのが好ましい。この位相合わせされた後の
共振周波数成分のトルクの大きさが、低減トルク換算手
段２３によって、エンジントルクの低減量として設定さ
れ、この設定されたエンジントルクの低減量が符号３４
で示される。なお、エンジントルクの低減は、後述する
ように、点火時期調整（点火時期の遅角）のみ、燃料噴
射量調整（空燃比のリーン化補正）のみ、あるいは点火
時期と燃料噴射量の両方の調整等によって行われる。

【００２０】図５は、図４で示した制御ユニットＵの制
御内容をより具体的に示すフローチャートであり、以下
このフローチャートについて説明する。なお、以下の説
明でＱはステップを示す。まず、Ｑ１において、吸入空
気量、エンジン回転数、ギア位置の各種データが読み込
まれる。Ｑ２では、現在のギア位置に応じた共振周波数
が設定される。Ｑ３では、ギア位置とエンジン回転数に
基づいて、バンドパスフィルタ２１のフィルタ係数が設
定される。このフィルタ係数は、共振周波数の中心値と
その前後の帯域の大きさを設定するものである。バンド
パスフィルタは、例えば２次元デジタルフィルタとする
ことができ、その伝達関数をＨ（ｚ）は、次の５つのフ
ィルタ係数ａ０、ａ１、ａ２，ｂ１、ｂ２を用いて次式
のように示され（式中「-2」は「マイナス２乗」）、Ｑ
３ではこの５つのフィルタ係数を設定（変更）する処理
となる。

【００２１】Ｈ（ｚ）＝（ａ０・ｚ-2＋ａ１・ｚ＋ａ
２）／（ｚ-2＋ｂ１・ｚ＋ｂ２）

【００２２】Ｑ４では、エンジン負荷としての吸入空気
量が所定値以上の高負荷時であるか否かが判別される。
このＱ４の判別でＮＯのときつまり低負荷のときは、エ
ンジントルクの低減制御が不要であるとして、そのまま
リターンされる。Ｑ４の判別でＹＥＳのときは、Ｑ５に
おいて、共振周波数成分の抽出が行われる（図３のバン
ドパスフィルタ２１の処理に対応）。次いで、Ｑ６にお
いて、抽出された共振周波数成分の位相合わせが行われ
る（図３の位相適合手段２２の処理に対応）。

【００２３】Ｑ７では、抽出された共振周波数成分を低
減するためのエンジントルクの低減率が算出される（図
３の低下トルク換算手段２３の処理に対応）。このＱ７
のトルク低減率は、エアフローメータ６で検出された吸
入空気量をＣｅ、Ｑ５で抽出された共振周波数成分をＣ
ｅｓｎｆとすると、「Ｃｅｓｎｆ／Ｃｅ」で示される値
となる。

【００２４】Ｑ７の後は、上記トルク低減率となるよう
に、点火時期の遅角補正や燃料噴射量の減量補正によっ
て、エンジントルクが低減される（Ｑ１０の処理）。た
だし、実施形態では、変速機が無段変速機である場合に
も対応すべく、Ｑ８、Ｑ９の処理が別途設定されてい
る。すなわち、Ｑ８において、ギア比の変動があるか否
かが判別され、この判別でＹＥＳのときは、Ｑ９におい
て、変速機が無段変速機であることを前提として、無段
変速機の変速機に伴うイナーシャに相当する分だけ、エ
ンジントルクの低減量が小さくなるように補正される。
Ｑ９でのイナーシャ相当分のトルクは、「（今回のギア
比−前回のギア比）／エンジン回転数」に所定の換算係
数を乗算することにより算出される。上記Ｑ８の判別で
ＮＯのとき、あるいはＱ９の後は、それぞれＱ１０にお
いて、エンジントルクの低減が実行される。

【００２５】図５におけるＱ１０でのトルクダウン制御
は、空燃比のリーン化補正と点火時期の遅角とを利用し
て行うようになっており、その概略について、図６を利
用して説明する。まず、図６には、空燃比をリーン化し
ていくことによるトルクダウン量の変化つまりトルクが
低減されていく様子と、ＮＯｘ量が変化していく様子と
が示される。この図６から明らかなように、トルク低減
量は、空燃比のリーン化を進めて行くほど大きくなる。

【００２６】一方、ＮＯｘ量は、空燃比が１６付近で最
大となり、空燃比１６付近からリッチになってもあるい
はリーンになっても、それぞれＮＯｘ量は低減されてい
く。図６において、空燃比１６よりもリッチな第１空燃
比α１（＞理論空燃比）と、空燃比１６よりもリーンな
第２空燃比α２が設定される。この２つの空燃比α１と
α２とは、それぞれ空燃比１６に近い値であって、ＮＯ
ｘ量が同一値となるよう値から選択、設定されている。
つまり、α１とα２との間の空燃比範囲が、ＮＯｘ量が
所定値以上となる所定空燃比範囲となる。

【００２７】空燃比がα１とα２との間にある所定空燃
比範囲では、空燃比のリーン化補正によるトルクダウン
制御を行うことなく、点火時期の遅角によるトルクダウ
ン制御のみが行われる。上記所定空燃比範囲外のとき、
つまりリーン化補正後の空燃比がα１よりもリッチなと
き、あるいはα２よりもリーンなときは、それぞれ、空
燃比のリーン化補正によるトルクダウン制御のみが行わ
れる。

【００２８】リーン化補正の空燃比に対して、α２より
も大きく（リーンに）設定された特定空燃比βが設定さ
れている。この空燃比βは、リーン化限界となる空燃比
でああって、それ以上リーンにしても確実な燃焼を確保
しつつトルク低減量を増大させることが難しくなる。要
求トルク低減量に必要な理論上のリーン化補正後の空燃
比が、上記特定空燃比β以上となるときは、この特定空
燃比βの値でもってリーン化補正が実行される。これと
共に、特定空燃比βとしただけでは不足するトルク低減
量の分だけ点火時期の遅角が行われる。

【００２９】上述したトルク低減制御の具体例につい
て、図７のフローチャートを参照しつつ説明する。ま
ず、Ｑ２１において、要求トルク低減量を空燃比のリー
ン化のみによって実現する場合に必要なリーン補正後の
空燃比ＡＦ・Ａが決定される。Ｑ２２では、補正後の空
燃比ＡＦ・Ａが、前述したα１とα２との間の所定空燃
比範囲であるか否かが判別される。Ｑ２２の判別でＹＥ
Ｓのときは、ＮＯｘ量増大を防止あるいは抑制すべく、
Ｑ２３において、点火時期の遅角のみによるトルク低減
が実行される。

【００３０】前記Ｑ２２の判別でＮＯのときは、補正後
の空燃比ＡＦ・Ａが、前述した特定空燃比β以上である
か否かが判別される。このＱ２４の判別でＮＯのとき
は、Ｑ２５において、補正後の空燃比ＡＦ・Ａを実行す
ることによるトルク低減が行われる（空燃比のリーン化
補正のみによるトルク低減）。

【００３１】前記Ｑ２４の判別でＹＥＳのときは、Ｑ２
６において、空燃比をβにしたときのトルク低減量と要
求トルク低減量との差分となる不足のトルク低減量が算
出される。次いで、Ｑ２７において、算出された不足の
トルク低減量に相当する点火時期の遅角量が決定され
る。そして、Ｑ２８において、空燃比をβとするリーン
化補正によるトルク低減と、Ｑ２７で決定された遅角量
での点火時期の遅角によるトルク低減とが行われる。

【００３２】ここで、空燃比のリーン化補正によるトル
ク低減量と点火時期の遅角によるトルク低減量との加算
値が、要求トルク低減量よりも小さくなってしまうとき
は、燃料カットのみを行うようにすることもできる。図
６において、リーン化補正後の空燃比がα２よりもリッ
チな場合は、全て点火時期の遅角のみによるトルク低減
制御とするようにしてもよい。

【００３３】また、全体として、要求トルク低減量が小
さいとき（第１所定値以下のとき）は点火時期の遅角の
みによるトルク低減制御を行い、要求トルク低減量が大
きいとき（第１所定値よりも大きく設定された第２所定
値以上のとき）は、燃料カットのみによるトルク低減制
御を行い、要求トルク低減量が上記第１所定値と第２所
定値との間の中程度のときに、空燃比のリーン化補正に
よるトルク低減制御を行うようにして、このリーン化補
正のときのトルク低減制御として、前述したように点火
時期の遅角をも組み合わせた本発明手法を採択するよう
にすることもできる。

【００３４】以上実施形態について説明したが、本発明
はこれに限らず例えば次のような場合をも含むものであ
る。エンジンとしては、Ｖ型エンジン、ディーゼルエン
ジン、過給機付きエンジン等、その種類は特に問わない
ものである。エンジン負荷に関する値としては、吸入空
気量の他に、アクセル開度、スロットル開度、吸気負
圧、吸気流速等適宜選択することができる。トルク低減
制御が必要な加速状態の検出手法としては適宜のものを
採択することができる。

【００３５】あフロ−チャ−トに示す各ステップ（ステップ群）あるい
はセンサやスイッチ等の各種部材は、その機能の上位表
現に手段の名称を付して表現することができる。また、
フロ−チャ−トに示す各ステップ（ステップ群）の機能
は、制御ユニット（コントローラ）内に設定された機能
部の機能として表現することもできる（機能部の存
在）。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限ら
ず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたも
のを提供することをも暗黙的に含むものである。さら
に、本発明は、制御方法として表現することも可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されたエンジンの全体系統図。

【図２】加速時に駆動系の共振に起因する振動例を示す
図。

【図３】ギア位置に応じた共振周波数の一例を示す図。

【図４】本発明の制御内容をブロック図的に示す図。

【図５】本発明の制御例を示すフローチャート。

【図６】空燃比のリーン化補正を利用したトルク低減制
御を示す図。

【図７】図６のトルク低減制御を示すフローチャート。

【符号の説明】

１：エンジン本体２：吸気通路６：エアフローメータ（エンジン負荷検出手段）９：燃料噴射弁１０：エンジン回転数センサ１１：ギア位置センサ１２：点火プラグ１３：イグナイタ２１：バンドパスフィルタ（共振周波数成分抽出）２２：位相適合手段２３：低減トルク換算手段Ｕ：制御ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６４Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６４ＤＦ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｆ (72)発明者原田真吾広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (72)発明者久米章友広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内Ｆターム(参考） 3G022 AA03 CA04 DA02 GA05 GA06 GA08 GA20 3G084 AA03 BA02 BA09 BA13 BA17 CA04 DA11 DA39 EA01 EB02 EC03 FA06 FA07 FA10 FA33 3G301 HA06 JA04 JA37 KA12 KB01 MA01 MA12 MA24 NB07 NE06 NE12 NE15 PA01Z PA11Z PE01Z PF07Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加速時に、加速振動低減のために必要な要
求トルク低減量を求めて、該要求トルク低減量だけエン
ジントルクを低減させるトルク低減手段を備えた車両用
エンジンの制御装置において、前記トルク低減手段が、空燃比のリーン化補正によるエ
ンジントルク低減と、点火時期の遅角によるエンジント
ルクの低減とを行えるように設定され、前記トルク低減手段は、前記要求トルク低減量を得るの
に必要なリーン化補正後の空燃比が、排気ガス中のＮＯ
ｘ量が所定値以上となる所定空燃比範囲に該当しないと
きは、該リーン化補正によって前記要求トルク低減量を
実現させる一方、該リーン化補正後の空燃比が該所定空
燃比範囲にあるときは点火時期の遅角によって前記要求
トルク低減量を実現するように設定されている、ことを
特徴とする車両用エンジンの制御装置。
【請求項２】請求項１において、前記トルク低減手段は、前記リーン化補正後の空燃比が
前記所定空燃比範囲よりもリーンな空燃比として設定さ
れる特定空燃比よりもリーンになるときは、該特定空燃
比に補正された状態でエンジントルクの低減を実現させ
ると共に、該特定空燃比としただけでは前記要求トルク
低減量に対して不足する分のトルク低減量を点火時期の
遅角によって実現するようにされている、ことを特徴と
する車両用エンジンの制御装置。
【請求項３】請求項２において、前記トルク低減手段は、燃料カットによるトルク低減を
も行うように設定されて、前記特定空燃比に補正するこ
とにより得られるトルク低減量と点火時期を遅角するこ
とにより得られるトルク低減量との加算値が前記要求ト
ルク低減量よりも小さいときは、燃料カットによるトル
ク低減を行うように設定されている、ことを特徴とする
車両用エンジンの制御装置。
【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれか１項に
おいて、エンジン負荷に関連した値を検出するエンジン負荷検出
手段と、前記エンジン負荷検出手段で検出されたエンジ
ン負荷に関する値から車両の駆動系の共振周波数成分を
抽出するフィルタ手段と、を備え、前記要求トルク低減量が、前記フィルタ手段によって抽
出された共振周波数成分を低減する値となるように求め
られる、ことを特徴とする車両用エンジンの制御装置。