JP2006063823A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 フューエルカット制御からの復帰時において、トルクの急激な変動によるショックの発生を抑制する。
【解決手段】 エンジンＥＣＵは、ＦＣ（フューエルカット）フラグがＯＮ状態でないとフューエルカットから復帰すると判断するステップ（Ｓ１００）と、燃料噴射情報を計算するタイミングを算出するステップ（Ｓ２００）と、計算タイミングを経過した後であって、かつ、非同期噴射が可能な気筒については（Ｓ３００にてＹＥＳ）、燃料噴射手段により圧縮行程において燃料を噴射するように燃料噴射弁を制御するステップ（Ｓ４００）とを含む、プログラムを実行する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、車両の駆動源である内燃機関（エンジン）に対する燃料の供給を一時的に停止した後に再開する制御に関し、特に、燃料の供給の再開時のショックを抑制する制御に関する。

燃費を向上させるために減速中に燃料の供給を停止する制御、いわゆるフューエルカット制御は、走行性能や乗心地を損なわない範囲でエンジンに対する燃料の供給を可及的に少なくして燃費を向上させる制御である。一般には、エンジンがアイドリング状態にある減速中にエンジン回転数が予め定められた範囲に入いることにより、燃料の供給を停止している。具体的には、走行中にスロットルバルブが閉じられてエンジン回転数がフューエルカット回転数以上であると燃料の供給を停止する。またエンジン回転数が低下してその範囲の下限を規定している復帰回転数に達すると燃料の供給を再開する。なお、この復帰回転数はエンジンストールを生じさせず、またエンジンの安定した回転を維持する回転数に設定されている。

また、このフューエルカット制御中に、運転者によりアクセルペダルが踏まれると、フューエルカット制御は強制的に中断されて燃料がインジェクタから噴射されて、通常の運転状態に戻る。

一方、内燃機関の燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射型内燃機関がある。筒内噴射型内燃機関では、出力が必要な場合には吸気行程において燃料をシリンダ内に直接噴射（吸気行程噴射）するとともに、低回転低負荷の運転状態では圧縮行程において燃料を噴射（圧縮行程噴射）するように、燃料噴射時期を制御している。通常、吸気行程噴射は、吸入空気と燃料とが均一に混合し、ストイキな空燃比での燃焼（均一燃焼）となる。また、圧縮行程噴射は、燃料の多い混合気が点火プラグの周囲に偏在し、その周りを燃料が少ない混合気が取り囲むように分布して、非常に希薄な空燃比での燃焼（層状燃焼）となる。このような筒内噴射型内燃機関においてもフューエルカット制御が行なわれている。

特開２０００−３２８９８５号公報（特許文献１）は、筒内噴射型内燃機関において、フューエルカット制御から復帰した際に、圧縮行程噴射を実行するときの問題点を解決する筒内噴射型内燃機関の噴射制御方法を開示する。この筒内噴射型内燃機関の噴射制御方法は、内燃機関の燃焼室内に、運転状態に応じて圧縮行程と吸気行程とのいずれかにおいて燃料を直接噴射する筒内噴射型内燃機関において、運転状態に応じて燃料の噴射を一時停止したことを検出し、検出した燃料の噴射を一時停止した期間があらかじめ設定した判定期間より長い場合は燃料の噴射を一時停止した後の燃料の噴射を吸気行程において行ない、その吸気行程における燃料の噴射を終えた後に圧縮行程における燃料の噴射に移行する。

この筒内噴射型内燃機関の噴射制御方法によると、燃料の噴射を一時停止した期間が、あらかじめ設定した判定期間より長い場合に、その一時停止から燃料の噴射を再開するにあたって、吸気行程において燃料を噴射するので、内燃機関のピストンの頂面の温度が低下していても、噴射した燃料が膜沸騰することなく付着することがない。このため、ピストンの頂面に付着した燃料により、その後の燃焼が異常になることを防止することが可能になる。また、煤等の付着により、ピストンの頂面の温度が異常に上昇することを防止することが可能になる。
特開２０００−３２８９８５号公報

しかしながら、特許文献１に開示された筒内噴射型内燃機関の噴射制御方法では以下に示す問題点がある。特許文献１に開示された噴射制御方法では、まず吸気行程において燃料を噴射するため、フューエルカット制御からの復帰時にすでに圧縮行程に入っている気筒に燃料を噴射することがない。フューエルカット制御時においてアクセルペダルが運転者により踏まれたことによりフューエルカット制御から復帰する場合にはスロットルバルブが開かれ、フューエルカット制御から復帰してからの時間の経過ともに吸入空気量が増大する。フューエルカット制御からの復帰時に、すでに圧縮行程に入っている気筒には燃料を噴射しないで、これから吸気行程に入る気筒から燃料を噴射するため、フューエルカット制御からの復帰が確定して吸入空気量が増大してから、吸気行程に入った気筒に燃料が噴射される。このときには、すでに吸入空気量が増大しており、このような状態でのフューエルカット制御からの復帰になるので、トルクが急激に発生して、運転者はショックを感じてしまう。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、フューエルカット制御からの復帰時において、トルクの急激な変動によるショックの発生を抑制する、車両の制御装置を提供することである。

第１の発明に係る制御装置は、複数の気筒を有し、各気筒の筒内に燃料を噴射する燃料噴射手段を備えた内燃機関を搭載した車両を制御する。燃料噴射手段による燃料噴射についての情報は、各気筒毎に予め定められたタイミングにおいて確定される。車両の通常運転時には吸気行程において燃料噴射手段から燃料が噴射される。この制御装置は、車両の状態が予め定められた条件を満足すると、内燃機関への燃料供給を停止するためのフューエルカット実行手段と、燃料供給の停止が解除されたことを検知するための検知手段と、燃料供給の停止が解除されると、内燃機関への燃料供給を、燃料噴射手段を用いて再開するための制御手段とを含む。この制御手段は、予め定められたタイミングを経過していても、燃料噴射が可能な気筒については、圧縮行程において燃料を噴射するように燃料噴射手段を制御するための手段を含む。

第１の発明によると、たとえば、内燃機関の各気筒毎に燃料噴射情報（燃料噴射タイミングや燃料噴射量）は、４５０゜ＢＴＤＣ（Before Top Dead Center）近傍で確定される。フューエルカット制御からの復帰時において、この４５０゜ＢＴＤＣを越えている気筒については燃料噴射を見送ったり、圧縮行程に入っている気筒については燃料噴射を見送ったりすると、フューエルカット制御から復帰することが決まってから初めて燃料を噴射するまでの時間の間隔が長くなる。フューエルカット制御からの復帰が、運転者がアクセルペダルを踏んだことによるものとすると、スロットルバルブが開いて次第に吸入空気量が増大してくる。フューエルカット制御からの復帰後に初めて燃料を噴射するまでの時間の間隔が長くなると、吸入空気量が増大してから燃料を噴射してその気筒の爆発行程においていきなり大きなトルクが発生する。これでは、フューエルカット制御からの復帰時に大きなショックを発生させてしまう。そこで、制御手段は、この４５０゜ＢＴＤＣを経過していても、燃料噴射が可能な気筒については、圧縮行程において燃料を噴射するようにした。このため、４５０゜ＢＴＤＣを経過していても、また、圧縮行程であっても、燃料を噴射することにより、フューエルカット制御からの復帰直後から燃料を噴射することができ、吸入空気量が増大する前にフューエルカット制御からの復帰後の初めての爆発行程を発生させることができるので、大きなトルクを発生させることなく、フューエルカット制御からの復帰のショックを抑制できる。その結果、フューエルカット制御からの復帰時において、トルクの急激な変動によるショックの発生を抑制する車両の制御装置を提供することができる。

第２の発明に係る制御装置においては、第１の発明の構成に加えて、制御手段は、内燃機関への燃料供給を停止されていた時間にかかわらず、圧縮行程において燃料を噴射するように燃料噴射手段を制御するための手段を含む。

第２の発明によると、フューエルカット制御されていた時間にかかわらず、圧縮行程において燃料を噴射して、吸入空気量が増大する前にフューエルカット制御からの復帰後の初めての爆発行程を発生させることができるので、大きなトルクを発生させることなく、フューエルカット制御からの復帰のショックを抑制できる。

第３の発明に係る制御装置においては、第１または２の発明の構成に加えて、検知手段は、アクセルペダルの開度に基づいて、燃料供給の停止が解除されたことを検知するための手段を含む。

第３の発明によると、運転者がアクセルペダルを踏むと、そのアクセルペダルの開度に基づいて、燃料供給の停止（フューエルカット制御）が解除されたことが検知できる。このとき、内燃機関に対する負荷率が上昇しているので、スロットルバルブが開いて吸入空気量が増大してゆく。この制御手段によると、吸入空気量が増大する前に燃料噴射を再開できるので、大きなトルク段差を発生させることがない。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

図１を参照して、本実施の形態にかかる制御装置であるエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）により制御される内燃機関（以下、エンジン１００という）の概略構成を説明する。なお、図１は、たとえば、Ｖ型６気筒エンジンの１気筒分のみを記載したものである。なお、Ｖ型６気筒エンジンの点火順序は、気筒＃１、気筒＃２、気筒＃３、気筒＃４、気筒＃５、気筒＃６の順序である。ただし、本発明は、このようなＶ型６気筒エンジンに限定されるものではない。なお、以下の説明においては、吸気から排気まで、つまり吸気行程の開始から排気行程が終了するまでを１サイクルという。

図１に示すように、エンジン１００は、燃料噴射弁２００から各気筒（シリンダ）１７０の燃焼室１２０に燃料を直接噴射する筒内噴射式の内燃機関である。各気筒１７０の内部には、機関ピストン（以下、単に「ピストン」という）１４０が往復動可能に設けられており、このピストン１４０の頂面１５０と気筒内周面とにより燃焼室１２０は区画形成されている。

この燃焼室１２０には、吸気通路１１０および排気通路１３０がそれぞれ接続されている。吸気通路１１０の途中には、スロットルバルブ２６０が設けられており、このスロットルバルブ２６０により燃焼室１２０に導入される吸入空気が調量される。吸気バルブ２１０の開弁時に燃焼室１２０に導入された吸入空気は、燃料噴射弁２００から噴射される燃料と混合されて混合気となる。そして、この混合気は点火プラグ２２０の点火によって爆発燃焼した後、排気バルブ２３０の開弁時に燃焼室１２０から排気通路１３０に排出される。

また、燃料噴射弁２００はデリバリパイプ２４０に接続されており、このデリバリパイプ２４０から燃料が所定の圧力をもって供給される。このデリバリパイプ２４０には燃料ポンプ（図示略）を通じて所定圧の燃料が供給されている。尚、デリバリパイプ２４０内の燃料圧力、すなわち燃料噴射弁２００の燃料噴射圧はこの燃料ポンプの吐出量を適宜変さらすることにより調節が可能である。

エンジン１００は、基本的にその全負荷全域において、燃焼形態が均質燃焼に設定される。この均質燃焼に際しては、空燃比Ａ／Ｆが、たとえば理論空燃比（ストイキ）近傍（たとえば「Ａ／Ｆ＝１２〜１５」）になるように燃料噴射量等が制御されるとともに、燃料噴射時期が吸気行程中に設定される。

こうした燃焼形態にかかる制御は、エンジンＥＣＵ５００により行われている。このエンジンＥＣＵ５００は、空燃比制御や燃料噴射制御等、エンジン１００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、駆動回路等の他、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メモリを備えている。

また、エンジン１００には、その運転状態を検出するための各種サンサが設けられている。たとえば、吸気通路１１０においてスロットルバルブ２６０の上流側には吸入空気量を検出する吸入空気量センサ４２０が設けられている。また、エンジン１００のクランクシャフトには、その角度（クランク角度）を検出するクランク角度センサ４３０が設けられている。このクランク角度センサ４３０からの信号により、各気筒毎のクランク角度やエンジン１００の回転数が算出できる。なお、エンジン１００の回転数の算出には、エンジン１００の出力軸近傍に設けられた回転数センサを用いてもよい。

また、アクセルペダル６００の近傍には、その踏込量（アクセル開度）を検出するアクセルセンサ４４０が設けられている。さらに、シリンダブロック（図示略）には、機関冷却水の温度を検出する水温センサ４５０が取り付けられている。これら各センサ４２０〜４５０の検出結果は、エンジンＥＣＵ５００に取り込まれる。そして、エンジンＥＣＵ５００は、これら検出結果に基づいて各種制御をエンジン１００の運転状態に応じて実行する。

特に、アクセルペダル６００が踏まれておらず、エンジン１００の回転速度が予め定められたフューエルカット復帰回転数よりも高い場合には、エンジンＥＣＵ５００によりフューエルカット制御が実行される（このときＦＣフラグがＯＮ状態にされる）。これにより、燃料噴射弁２００からの燃料噴射が停止されて燃費の向上やエミッションの向上を図ることができる。燃料の供給を停止しているので車両の速度が低下し、エンジン１００の回転数がフューエルカット復帰回転数よりも低くなるとエンジンストールを防止するためにフューエルカット制御が中止されて燃料噴射弁２００による燃料噴射が再開される。また、運転者によりアクセルペダル６００が踏まれた場合にも、加速要求があったため、フューエルカット制御が中止されて燃料噴射弁２００による燃料噴射が再開される。このとき、アクセルペダル６００の開度に応じてスロットルバルブ２６０が開いて吸入空気量が増大する。

図２に、１サイクル２回転分のバルブ開閉タイミングと４行程の関係を示す。これでＣＡ（Clank Angle）７２０゜分になる。なお、このバルブ開閉タイミングは基本的な動作を説明するものであって、ＶＶＴ（Variable Valve Timing：可変バルブタイミング）機構により、タイミングが制御されることもある。

図２に示すように、吸気バルブ２１０は、ピストン１４０が吸気行程に入る前、つまり上死点に達する前に開き、吸気行程終了後、ピストン１４０が下死点を通過して上昇運動に移って圧縮行程に移ってから閉じる。これは、吸気の慣性を利用して空気をできる限り多く吸入するためである。

一方、排気バルブ２３０は、ピストン１４０が排気行程に入る前、つまり下死点に達する前に開き、排気行程終了後、ピストン１４０が上死点を通過して下降運動に移って吸気行程に移ってから閉じる。これも、燃焼ガスを速やかに排出するためである。

このようなエンジン１００において、燃料噴射弁２００による燃料噴射タイミングや燃料噴射量は圧縮上死点よりもＣＡ４５０゜手前で決定される。このタイミングを４５０゜ＢＴＤＣという。なお、本発明は、このタイミングに限定されるものではない。

図３を参照して、本実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵ５００により実行されるプログラムの制御構造について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、エンジンＥＣＵ５００は、ＦＣ（フューエルカット）フラグがＯＮ状態であるか否かが判断される。ＦＣフラグがＯＮ状態であると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１００へ戻されフューエルカット制御が継続して実行される。もしそうでないと（Ｓ１００にてＮＯ）、処理はＳ２００へ移される。

Ｓ２００にて、エンジンＥＣＵ５００は、燃料噴射情報（燃料噴射タイミングや燃料噴射量）の計算タイミングを算出する。このとき、図２に示すような場合であれば、燃料噴射情報の計算タイミングは、４５０゜ＢＴＤＣであると算出される。なお、計算タイミングが４５０゜ＢＴＤＣに固定されている場合には、このルーチンが実行される毎に計算タイミングを算出する必要はない。

Ｓ３００にて、エンジンＥＣＵ５００は、各気筒毎に、クランク角度が計算タイミングが経過していて、かつ非同期噴射が可能であるか否かが判断される。たとえば、４５０゜ＢＴＤＣを越えているが圧縮上死点から予め定められたクランク角度（６０゜）以上手前（すなわち、爆発行程手前）であるとＹＥＳと判断される。クランク角度が計算タイミングが経過していて、かつ非同期噴射が可能であると判断されると（Ｓ３００にてＹＥＳ）、処理はＳ４００へ移される。もしそうでないと（Ｓ３００にてＮＯ）、この処理は終了する。

Ｓ４００にて、エンジンＥＣＵ５００は、筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁２００を用いて圧縮行程において燃料を噴射する。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵ５００による制御されるエンジン１００のフューエルカット制御からの復帰動作について説明する。

フューエルカット制御中に運転者がアクセルペダル６００を踏むと（Ｓ１００にてＮＯ）、エンジン１００は、フューエルカット制御から復帰する。このとき、図４に示すように、エンジン１００に対する負荷率が上昇して、スロットルバルブ２６０の開度が大きくなり吸入空気量が増大している。

従来であると、吸入行程噴射を行なうため、ＦＣフラグがＯＮ状態からＯＦＦ状態に変化したときに、吸気バルブ２１０が閉じてしまっている気筒＃２等は燃料を噴射することができない。また、このとき、ＦＣフラグがＯＦＦした後に燃料噴射情報の計算タイミング（４５０゜ＢＴＤＣ）に初めて達するのは気筒＃６であって、この気筒から燃料噴射が再開されていた。このときには、すでに負荷率が上昇し吸入空気量が増大しており、この状態で爆発行程に入った気筒により発生するエンジン１００のトルクは急激に上昇して、フューエルカット制御からの復帰ショックが発生する。

本実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵ５００においては、ＦＣフラグがＯＮ状態からＯＦＦ状態に変化したときに、燃料噴射情報の計算タイミングが経過していても燃料噴射が可能である気筒（爆発行程前）については、例外的に圧縮行程において燃料噴射弁２００から燃料を噴射する。図４に示す例では、気筒＃２が６０゜ＢＴＤＣで、気筒＃３が１８０゜ＢＴＤＣで燃料を噴射している。このようにすると、負荷率が低い（すなわち、吸入空気量が少ない）状態でフューエルカット制御から復帰できるので、気筒＃２や気筒＃３により大きなエンジン１００のトルクが急激に発生することがなく、ショックを発生することを抑制できる。

図４に示すように、非同期噴射（ここでは、４５０゜ＢＴＤＣで燃料噴射情報を計算して燃料を噴射することを同期噴射といい、それに対して４５０゜ＢＴＤＣに関係なく燃料を噴射するのを非同期噴射という）することにより、従来に比べて４回分早く（この４回の中の２回は吸気行程噴射、２回は圧縮行程噴射）、圧縮行程噴射を行なわないときに比べて２回分早く、フューエルカット制御からの復帰時の燃料噴射を行なうことができる。

図５に、燃料噴射タイミングを図２のバルブ開閉タイミングに書き加えた図を示す。従来に比べて、フューエルカット時間の長さにかかわらず、気筒＃２は６０゜ＢＴＤＣで圧縮行程噴射して、吸入空気量が増大する前にエンジン１００のフューエルカット制御からの復帰を行なっているので、吸入空気量が少ないときに燃料を噴射して低めのトルクを発生させてフューエルカット制御から復帰するので、ショックを抑制できる。

以上のようにして、本実施の形態に係る制御装置によると、通常は吸気行程噴射を行なっている筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を用いて、フューエルカット制御からの復帰時には限定的に、燃料噴射情報を計算するタイミングを経過していても爆発行程前であれば燃料を噴射する。特に、圧縮行程噴射することにより、フューエルカット制御からの復帰直後から圧縮行程の気筒であっても燃料を噴射することができ、大きなトルクを発生させることなく、フューエルカット制御からの復帰のショックを抑制できる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変さらが含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係る制御装置により制御されるエンジンの概略構成図である。 バルブ開閉タイミングと４行程の関係を示す図である。 本発明の実施の形態に係る制御装置により実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る制御装置により実行されるエンジンのタイミングチャートである。 バルブ開閉タイミングと燃料噴射タイミングとの関係を示す図である。

符号の説明

１００ エンジン、１１０ 吸気通路、１２０ 燃焼室、１３０ 排気通路、１４０ ピストン、１５０ ピストン頂面、１７０ 気筒、２００ 燃料噴射弁、２１０ 吸気バルブ、２２０ 点火プラグ、２３０ 排気バルブ、２４０ デリバリパイプ、２６０ スロットルバルブ、４２０ 吸入空気量センサ、４３０ クランク角度センサ、４４０ アクセルセンサ、４５０ 水温センサ、５００ エンジンＥＣＵ、６００ アクセルペダル。

Claims (3)

1. 複数の気筒を有し、各気筒の筒内に燃料を噴射する燃料噴射手段を備えた内燃機関を搭載した車両の制御装置であって、前記燃料噴射手段による燃料噴射についての情報は、前記各気筒毎に予め定められたタイミングにおいて確定され、車両の通常運転時には吸気行程において前記燃料噴射手段から燃料が噴射され、前記制御装置は、
   前記車両の状態が予め定められた条件を満足すると、前記内燃機関への燃料供給を停止するためのフューエルカット実行手段と、
   前記燃料供給の停止が解除されたことを検知するための検知手段と、
   前記燃料供給の停止が解除されると、前記内燃機関への燃料供給を、前記燃料噴射手段を用いて再開するための制御手段とを含み、
   前記制御手段は、前記予め定められたタイミングを経過していても、燃料噴射が可能な気筒については、圧縮行程において燃料を噴射するように前記燃料噴射手段を制御するための手段を含む、車両の制御装置。
2. 前記制御手段は、前記内燃機関への燃料供給を停止されていた時間にかかわらず、圧縮行程において燃料を噴射するように前記燃料噴射手段を制御するための手段を含む、請求項１に記載の車両の制御装置。
3. 前記検知手段は、アクセルペダルの開度に基づいて、前記燃料供給の停止が解除されたことを検知するための手段を含む、請求項１または２に記載の車両の制御装置。

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