JP2008095579A - 内燃機関制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 無負荷アイドル相当出力よりも小さい内燃機関出力が要求されても、内燃機関出力を高精度に制御することができる内燃機関制御装置を提供する。
【解決手段】 内燃機関制御装置１４は、エンジン１の出力軸９を介して駆動される発電機１２等の補機と、エンジン１及び補機を総合的に制御するＥＣＵ１５と、補機の駆動制御を行う補機駆動制御部１６とを有している。ＥＣＵ１５では、運転者の要求等に基づいて目標エンジン出力を算出し、この目標エンジン出力が無負荷アイドル相当出力よりも小さいときは、補機の負荷を増大させるように補機駆動制御部１６に制御信号を送出し、更にアイドルアップ量をゼロにする。目標エンジン出力が無負荷アイドル相当出力以上であるときは、補機の負荷に応じたアイドルアップ量を求める。そして、目標エンジン出力にアイドルアップ量分の出力を加算し、この算出値に応じてエンジンデバイスを制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車等に搭載された内燃機関を制御する内燃機関制御装置に関するものである。

自動車等に搭載された内燃機関（エンジン）を制御する装置としては、例えば特許文献１に記載されているように、運転者が操作したアクセルの開度等に基づいて目標エンジン出力（トルク）を演算し、この目標トルクに応じてスロットル開度を制御する、いわゆるトルクデマンド制御と称されるものが知られている。
特開２００２−３０３１７７号公報

しかしながら、上記従来技術においては、無負荷アイドル運転時の出力（無負荷アイドル相当出力）よりも小さい目標エンジン出力が算出された場合の制御については、何ら考慮されていない。

本発明の目的は、無負荷アイドル相当出力よりも小さい内燃機関出力が要求されても、内燃機関出力を高精度に制御することができる内燃機関制御装置を提供することである。

本発明は、車両に搭載された内燃機関を制御する内燃機関制御装置において、内燃機関の出力軸を介して駆動される補機と、補機の負荷を制御する補機制御手段と、内燃機関の出力目標値を設定する出力目標設定手段と、出力目標設定手段で設定された出力目標値を用いて内燃機関の出力を制御する出力制御手段とを備え、補機制御手段は、出力目標値が無負荷アイドル運転時の出力よりも小さいときに、補機の負荷を増大させるように制御することを特徴とするものである。

例えば高速道路での減速時や下り坂走行時には、内燃機関の出力が無負荷アイドル運転時の出力（無負荷アイドル相当出力）よりも小さくなるような運転を行う場合がある。このような無負荷アイドル相当出力よりも小さい内燃機関出力を得るには、燃料カット、気筒停止、点火遅角等の制御を併用する必要があるが、この場合にはＯＮ−ＯＦＦ的またはステップ的な制御しかできず、内燃機関出力の細かい制御が困難である。ところで、内燃機関の出力軸には発電機やエアコンコンプレッサ等の補機が接続されており、これらの補機が内燃機関の出力軸を介して駆動されるようになっている。本発明は、そのような補機の負荷を有効活用して、内燃機関の出力を効果的に制御するものである。

即ち、出力目標設定手段により内燃機関の出力目標値を設定し、その出力目標値が無負荷アイドル相当出力よりも小さいかどうかを判断する。そして、出力目標値が無負荷アイドル相当出力よりも小さいときには、補機制御手段により補機の負荷を増大させるように制御する。これにより、補機の負荷が増大する分だけ、内燃機関の出力が低下するため、無負荷アイドル相当出力よりも小さい内燃機関出力を得ることができる。このように内燃機関出力の制御として補機負荷の制御を積極的に利用することにより、燃料カットや気筒停止等の制御が不要となるので、無負荷アイドル相当出力よりも小さい内燃機関出力を高精度に制御することができる。

好ましくは、補機制御手段は、出力目標値が無負荷アイドル運転時の出力よりも小さいときに、出力目標値と無負荷アイドル運転時の出力との差分に相当する分だけ補機の負荷を増大させるように制御する。

この場合には、内燃機関の出力目標値に対する補機負荷の増加量が最適化されるため、無負荷アイドル相当出力よりも小さい任意の内燃機関出力を確実に得ることができる。

また、好ましくは、内燃機関におけるアイドルアップ量を設定するアイドルアップ調整手段と、出力目標設定手段で設定した出力目標値にアイドルアップ量に対応する出力を加算することにより、出力目標値を補正する補正手段とを更に備え、出力制御手段は、補正手段により補正された出力目標値に応じて内燃機関の出力を制御し、アイドルアップ調整手段は、通常時には補機の負荷に応じたアイドルアップ量を求め、出力目標設定手段で設定された出力目標値が無負荷アイドル運転時の出力よりも小さいときには、アイドルアップ量を通常時に比べて小さく設定する。

通常時つまり内燃機関の出力目標値が無負荷アイドル相当出力よりも大きいときには、補機の負荷に応じたアイドルアップ量を求め、このアイドルアップ量を用いて出力目標値を補正し、この補正された出力目標値に応じて内燃機関の出力を制御するので、補機の負荷が変化した場合でも、安定したアイドリング状態を実現することができる。一方、内燃機関の出力目標値が無負荷アイドル相当出力よりも小さいときには、アイドルアップ量を通常時に比べて小さく設定することにより、アイドルアップ制御に必要なエネルギー生成が抑えられるため、燃料消費量を低減することができる。

本発明によれば、無負荷アイドル相当出力よりも小さい内燃機関出力が要求されたときでも、内燃機関出力を高精度に制御することができる。これにより、走行・運転の安定性及び燃費の向上を図ることが可能となる。

以下、本発明に係わる内燃機関制御装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係わる内燃機関制御装置の一実施形態を内燃機関と共に示す概略構成図である。同図において、自動車等の車両に搭載される内燃機関であるエンジン１は、燃料を燃焼させて動力を取り出すエンジン本体２を備えている。

エンジン本体２には、空気を吸入するための吸気管３と、燃焼後の排気ガスを排出するための排気管４とが接続されている。吸気管３の内部には、エンジン本体２内への空気の吸入量を調整するスロットルバルブ５が配置されている。スロットルバルブ５は、スロットル駆動モータ６により制御される。吸気管３には、スロットルバルブ５の開度（スロットル開度）を検出するスロットルポジションセンサ７が設けられている。また、吸気管３におけるエンジン本体２の近傍には、エンジン本体２内に向けて燃料を供給するインジェクタ８が取り付けられている。なお、インジェクタ８は、エンジン本体２に取り付けられていても良い。

エンジン本体２に組み込まれたクランクシャフト９の一端には、フライホイール１０が取り付けられている。フライホイール１０には駆動系部品（図示せず）が連結され、この駆動系部品を介してエンジン出力が車輪へと伝達される。

クランクシャフト９の他端には、駆動ベルト１１を介して発電機１２のシャフト１２ａが連結されている。これにより、エンジン本体２で発生した動力が駆動ベルト１１を介して発電機１２に伝達され、発電機１２が駆動されることとなる。発電機１２には、バッテリー１３が接続されている。発電機１２は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト９）を介して駆動される補機の一つである。なお、補機としては、特に図示していないが、他にエアコンコンプレッサや油圧ポンプ等がある。これらの補機は、内燃機関制御装置１４の一部を構成している。

また、内燃機関制御装置１４は、エンジン１及び発電機１２等の補機類の動作を総合的に制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）１５と、補機の駆動制御を行う補機駆動制御部１６とを有している。

ＥＣＵ１５には、アクセルペダル１７の操作量を検出するアクセルポジションセンサ１８と、車両の車速を検出する車速センサ１９と、エンジン１の回転数を検出する回転センサ２０とが接続されている。また、ＥＣＵ１５には、特に図示していないが、例えばギアレバーの位置を検出するセンサ等といった他のセンサも接続されている。

ＥＣＵ１５は、各種センサの検出信号と発電機１２等の補機類の出力値とを入力し、所定の演算処理等を行い、スロットル駆動モータ６及びインジェクタ８等のエンジンデバイスを制御すると共に、補機の駆動負荷を制御するための制御信号を補機駆動制御部１６に送出する。

補機駆動制御部１６は、バッテリー１３の電圧から必要発電量を算出し、この必要発電量が得られるように発電機１２の出力（発電量）を制御すると共に、ＥＣＵ１５からの制御信号を受けて、発電機１２を含む各補機の出力を制御する。

図２は、ＥＣＵ１５により実施されるエンジン出力制御処理手順を示すフローチャートである。図２に示す処理は、予め記憶されたプログラムによって実行されるエンジン制御処理の一部であり、定時処理（例えば４ｍｓ周期）として実行されるものである。

同図において、まず運転者の要求に基づいて、エンジン１が発生すべき出力目標値（目標エンジン出力）を算出する（手順５１）。ここで、運転者の要求としてはアクセルペダル１７の踏み量、車両の車速、エンジン１の回転数等が総合して加味されるため、上記のアクセルポジションセンサ１８、車速センサ１９及び回転センサ２０等の検出信号を用いて本手順の演算処理が行われる。

目標エンジン出力は、直接的なエンジン出力やトルクの単位で算出しても良いし、スロットル開度やエンジン負荷等のように間接的にエンジン出力を規定する制御量として算出しても良い。ただし、目標エンジン出力が直接的な単位で算出される場合には、目標エンジン出力はクランクシャフト９から取り出される正味出力（軸出力または軸トルク）の目標値となる。

続いて、手順５１で求めた目標エンジン出力が無負荷アイドル運転時の出力（以下、無負荷アイドル相当出力）よりも小さいかどうかを判断する（手順５２）。ここで、無負荷アイドルとは、無負荷時のアイドリング、つまり暖気終了後、ギアレバーがニュートラルで、エアコン、オーディオ、ライト等の電装系が全てオフの状態でのアイドリングのことをいう。

ところで、手順５１の処理では、目標エンジン出力として、車両の走行中及び停止中においてエンジンストールが発生しないような値を求める必要がある。従って、通常の走行時や停止時には、目標エンジン出力が無負荷アイドル相当出力よりも大きくなるが、例えば高速道路での減速時や下り坂走行時には、運転者による運転の状況判断によって無負荷アイドル相当出力よりも小さな目標エンジン出力が算出されることがあり得る。

手順５２で目標エンジン出力が無負荷アイドル相当出力よりも小さいと判定されたときは、発電機１２を含む補機類の負荷（出力）の増加を補機駆動制御部１６に要求すべく、補機駆動制御部１６に制御信号を送出する（手順５３）。

目標エンジン出力が無負荷アイドル相当出力よりも小さい場合に、例えば燃料カット、気筒停止、点火遅角等の制御によってエンジン出力を低下させようとすると、エンジンが安定して回らなくなる。つまり、エンジン１自体だけでは、無負荷アイドル相当出力よりも小さいエンジン出力を安定的に得ることは困難である。他方、発電機１２等の補機類の負荷を増加させると、その分エンジン軸出力が低下するようになる。そこで、目標エンジン出力が無負荷アイドル相当出力よりも小さいときには、補機の所望出力を得るためでなく、無負荷アイドル相当出力よりも小さいエンジン軸出力を安定的に得るために、補機類の負荷を積極的に増加させるようにする。この時の補機負荷増加量は、下記式で表される。
補機負荷増加量＝無負荷アイドル相当出力−目標エンジン出力

補機駆動制御部１６には、上記式から得られた補機負荷増加量のデータが制御信号の一部として送られる。すると、補機駆動制御部１６は、その補機負荷増加量に応じて発電機１２等の負荷を制御する。このとき、無負荷アイドル相当出力と目標エンジン出力との差分に相当する分だけ、発電機１２等の負荷を増加させるので、目標エンジン出力に対して余剰なエンジン出力分を補機の負荷により相殺することができる。なお、負荷の制御手法としては、例えば発電機１２の負荷だけを増加させても良いし、或いは使用している複数の補機の負荷をバランス良く増加させても構わない。

手順５３の処理を実施した後、エンジン１におけるアイドルアップ量（回転数等の増加量）をゼロに設定する（手順５４）。つまり、目標エンジン出力が無負荷アイドル相当出力よりも小さいときには、アイドルアップ制御は実施しないことになる。

一方、手順５２において目標エンジン出力が無負荷アイドル相当出力以上の通常状態であると判定されたときは、その時のアイドルアップ量を確認する（手順５５）。この手順５５の処理手順の詳細を図３に示す。なお、図３に示す処理は、エンジン出力制御処理とは別の定時処理（例えば４ｍｓ周期）として実行される。

同図において、まず発電機１２等の補機の負荷を検出する（手順６１）。このとき、発電機１２では、負荷として発電電流を検出する。

続いて、補機の負荷に応じたアイドルアップ量を求める（手順６２）。具体的には、ＥＣＵ１５のメモリには、図４に示すように、発電電流（発電量）と駆動馬力との関係を示す発電機負荷特性データが予め記憶されている。このような発電機負荷特性データを用いて発電電流に対応する駆動馬力を求め、この駆動馬力から必要とするアイドルアップ量を算出する。これにより、発電機１２の負荷に応じたアイドルアップ量が得られる。

エアコン等の他の補機についても、負荷特性データが予め用意されている。そして、複数の補機を同時に使用している場合には、各補機の負荷の合計を算出し、その負荷合計値に応じたアイドルアップ量を求めるようにする。

図２に戻り、引き続いて、手順５１で求めた目標エンジン出力に手順５４，５５で得られたアイドルアップ量分のエンジン出力を加算し、これを補正目標エンジン出力とする（手順５６）。

この補正目標エンジン出力は、手順５１で求めた目標エンジン出力のような軸出力または軸トルクの目標値ではなく、エンジン１のシリンダ内での燃焼により発生する燃焼エネルギー（図示出力または図示トルク）の目標値である。なお、図示出力（図示トルク）は、軸出力（軸トルク）と、エンジン内部の摩擦等と補機類の負荷によって消費される出力（トルク）とを加算したものである。

続いて、手順５６で求めた補正目標エンジン出力を実現するためのスロットル開度、燃料噴射量及び点火時期等の制御量を演算し、これらの制御量に従ってスロットルバルブ５、インジェクタ８及び点火プラグ（図示せず）等のエンジンデバイスを制御する（手順５７）。

以上において、ＥＣＵ１５の手順５１は、内燃機関の出力目標値を設定する出力目標設定手段を構成している。ＥＣＵ１５の手順５２，５３及び補機駆動制御部１６は、補機の負荷を制御する補機制御手段を構成している。ＥＣＵ１５の手順５２，５４，５５は、内燃機関におけるアイドルアップ量を設定するアイドルアップ調整手段を構成している。ＥＣＵ１５の手順５６は、出力目標設定手段で設定した出力目標値にアイドルアップ量に対応する出力を加算することにより、出力目標値を補正する補正手段を構成している。ＥＣＵ１５の手順５７は、出力目標設定手段で設定された出力目標値を用いて内燃機関の出力を制御する出力制御手段を構成している。

以上のように構成された本実施形態において、通常走行時や停止時には、目標エンジン出力が無負荷アイドル相当出力よりも大きくなるため、補機の負荷に対応したアイドルアップ量が求められ、このアイドルアップ量を用いて得られた補正目標エンジン出力に応じてスロットルバルブ５やインジェクタ８等が制御される。つまり、エンジン１のアイドルアップ制御が実施されることになる。これにより、補機の負荷が変化した場合でも、エンジンストールや振動が防止され、安定したアイドリング状態を確保することができる。

一方、例えば高速道路での減速時や下り坂走行時に、ドライバーの運転操作によって目標エンジン出力が無負荷アイドル相当出力よりも小さくなっても、補機の負荷が増大するように補機が制御されるので、補機の負荷が増大する分だけエンジン出力（軸出力または軸トルク）が低下する。従って、例えば減速時において、アクセルペダル１７を多少踏むことでエンジン１内である程度の燃焼エネルギーが発生するような状況であっても、補機の負荷増加量を調整することにより、結果的に無負荷アイドル相当出力よりも小さなエンジン出力を得ることができる。

このように補機の負荷制御をエンジン出力の低減手段として積極的に利用することにより、スロットル制御と燃料カット、気筒停止、点火遅角等の制御との併用が不要となるので、無負荷アイドル相当以下のエンジン出力の制御を連続的（アナログ的）に行うことができる。これにより、無負荷アイドル相当よりも小さいエンジン出力が要求されても、エンジン１の実出力が目標エンジン出力になるようにきめ細かに制御することができる。その結果、走行・運転の安定性や燃費を良くすることが可能となる。

また、目標エンジン出力が無負荷アイドル相当出力よりも小さいときには、アイドルアップ制御を実施しないので、アイドルアップ分の燃焼エネルギーの生成が抑えられることになる。従って、この点でも燃費の向上につながる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、目標エンジン出力が無負荷アイドル相当出力よりも小さいときは、エンジン１におけるアイドルアップ量をゼロに設定したが、特にこれには限られず、アイドルアップ量を通常時（目標エンジン出力が無負荷アイドル相当出力以上の時）よりも小さくなるように設定すれば良い。

また、上記実施形態では、ＥＣＵ１５において補機の負荷に応じたアイドルアップ量を設定したが、そのようなアイドルアップ量の設定処理を補機駆動制御部１６で行い、そこで得られたアイドルアップ量をＥＣＵ１５に送出するようにしても良い。

なお、本発明の内燃機関制御装置は、ガソリンエンジン及びディーゼルエンジンの何れに対しても適用可能であることは言うまでもない。

本発明に係わる内燃機関制御装置の一実施形態を内燃機関と共に示す概略構成図である。 図１に示す電子制御ユニット（ＥＣＵ）により実施されるエンジン出力制御処理の手順を示すフローチャートである。 図２に示すアイドルアップ量確認処理手順の詳細を示すフローチャートである。 発電機負荷特性の一例を示すグラフである。

符号の説明

１…エンジン（内燃機関）、９…クランクシャフト（出力軸）、１２…発電機（補機）、１４…内燃機関制御装置、１５…ＥＣＵ（補機制御手段、出力目標設定手段、出力制御手段、アイドルアップ調整手段、補正手段）、１６…補機駆動制御部（補機制御手段）。

Claims (3)

1. 車両に搭載された内燃機関を制御する内燃機関制御装置において、
   前記内燃機関の出力軸を介して駆動される補機と、
   前記補機の負荷を制御する補機制御手段と、
   前記内燃機関の出力目標値を設定する出力目標設定手段と、
   前記出力目標設定手段で設定された前記出力目標値を用いて前記内燃機関の出力を制御する出力制御手段とを備え、
   前記補機制御手段は、前記出力目標値が無負荷アイドル運転時の出力よりも小さいときに、前記補機の負荷を増大させるように制御することを特徴とする内燃機関制御装置。
2. 前記補機制御手段は、前記出力目標値が前記無負荷アイドル運転時の出力よりも小さいときに、前記出力目標値と前記無負荷アイドル運転時の出力との差分に相当する分だけ前記補機の負荷を増大させるように制御することを特徴とする請求項１記載の内燃機関制御装置。
3. 前記内燃機関におけるアイドルアップ量を設定するアイドルアップ調整手段と、
   前記出力目標設定手段で設定した出力目標値に前記アイドルアップ量に対応する出力を加算することにより、前記出力目標値を補正する補正手段とを更に備え、
   前記出力制御手段は、前記補正手段により補正された出力目標値に応じて前記内燃機関の出力を制御し、
   前記アイドルアップ調整手段は、通常時には前記補機の負荷に応じた前記アイドルアップ量を求め、前記出力目標設定手段で設定された前記出力目標値が前記無負荷アイドル運転時の出力よりも小さいときには、前記アイドルアップ量を通常時に比べて小さく設定することを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関制御装置。
   
   
   

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