JP2008157126A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の制御装置において、複数の制御モードから運転者により選択される制御モードに応じた減速時におけるフューエルカット制御を行うことができるようにする。
【解決手段】 減速時、エンジンＥＣＵ４０は、エコスイッチ５０がオン状態の場合、燃料消費が低減されるエコモードであると判断し（Ｓ１００）、徐変期間Ｔをノーマルモードのそれより短いＴ２に設定する（Ｓ１２０）。これにより、徐変期間Ｔで消費される燃料が低減される。よって、エコモードが選択された場合、このモードに適した、燃料消費が低減されるようなフューエルカット制御が行われる。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に減速時にフューエルカットを行う際の制御に関する。

車両の減速時に、内燃機関の燃料噴射を停止させるフューエルカット制御が知られている。一般的に、フューエルカットを行うとその前後でトルクが急変し、車両が振動する。搭乗者がこのトルク変動による振動を不快に感じる場合がある。

下記特許文献１には、その車体振動を低減させるため、減速時に点火時期を徐々に遅角させてからフューエルカットを行うフューエルカット制御が開示されている。内燃機関の点火時期は、通常、その時の内燃機関の運転状態に応じて出力が最適となるように設定されている。この最適値から点火時期をずらせば、例えば遅角すれば、出力が低下する。下記特許文献１に示される技術においては、フューエルカットを行う前に点火時期を徐々に遅角し、出力を低下させ、その後でフューエルカットを行う。これにより、実際にフューエルカット、つまり燃料の供給が停止された時点の前後におけるトルク変動が小さくなり、車体の振動の低減が図られている。

一方、種々の走行条件、運転者の要求に応じた走行特性を実現するため、異なる出力特性を与える制御モードを複数用意し、運転者に選択されたモードに従って制御される内燃機関が知られている。制御モードには、通常の、すなわち平均的な出力特性が得られる通常モードに対し、例えば、アクセルペダルの操作量に対し、より大きな出力が得られるよう制御されるスポーツモードや、燃料消費を抑制するように制御されるエコモードなどが知られている。下記特許文献２には、エコモードを運転者が選択可能な内燃機関の制御装置が記載されている。

特開２００４−１６９５７６号公報 特開２００５−３３７１７３号公報

上記特許文献１のフューエルカット制御においては、点火時期の遅角により、トルク変動及び車体振動が低減するので、乗り心地を向上させることができる。一方、点火時期を徐々に遅角させてから燃料噴射を停止させるまでの間、内燃機関に対し出力が要求されていないにもかかわらず燃料が消費される。このように、上記特許文献１のフューエルカット制御は、乗り心地を向上させる一方で運転者の出力要求とは関係なく燃料が消費される。このようなフューエルカット制御を、制御モードごとにその制御モードに適した制御とすることが望まれる。例えば上記特許文献２のエコモードに応じた上記特許文献１のフューエルカット制御が行われるのであれば、燃費を向上させるような制御特性に改善する余地がある。

本発明の目的は、複数の制御モードから運転者により選択される制御モードに従って内燃機関を制御する内燃機関の制御装置において、制御モードに応じた減速時におけるフューエルカット制御を行うことができる内燃機関の制御装置を提供することにある。

本発明は、複数の制御モードから運転者により選択された制御モードに従って内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、減速時に前記内燃機関の燃料噴射を停止させる場合、燃料噴射が停止するまでの所定の期間、当該内燃機関のトルク変動が抑制されるように、当該内燃機関の出力を調整する出力調整手段と、前記出力の調整が行われる期間である出力調整期間の長さを、現在の制御モードに対応して設定する設定手段と、を有することを特徴とする。

また、前記複数の制御モードは、通常走行に対応する通常モードと、通常モードより燃料消費が低減される低燃費モードと、を含み、前記低燃費モードに対応した前記出力調整期間が、前記通常モードに対応した前記出力調整期間より短くすることができる。

また、前記出力調整手段は、点火時期を徐々に遅角させて前記内燃機関の出力が低下するよう調整することができる。

本発明の内燃機関の制御装置は、複数の制御モードから運転者により選択される制御モードに従って内燃機関を制御する内燃機関の制御装置において、制御モードに応じた減速時におけるフューエルカット制御を行うことができる。

以下、本発明の実施形態について、図面に従って説明する。一例として、内燃機関と電動機の出力により走行する車両、すなわちハイブリッド車両を挙げ、これに搭載される内燃機関の制御装置について説明する。なお、本発明は、ハイブリッド車両に限らず、内燃機関のみを原動機とする車両に搭載された内燃機関の制御装置にも適用できる。

本実施形態に係るハイブリッド車両及び内燃機関の構成について、図１及び２を用いて説明する。図１は、本実施形態に係るハイブリッド車両１０の概略構成を示す図である。図２は、ハイブリッド車両１０に搭載される内燃機関であるエンジン１２の概略構成を示す図である。なお、図２は、特定気筒の断面のみを示しているが、他の気筒も同様な構成を有している。

ハイブリッド車両１０は、原動機としてエンジン１２と、第一の電動機（以下、第一ＭＧと記す）１４と、第二の電動機（以下、第二ＭＧと記す）１６とを有する。これらの原動機１２，１４，１６は、動力分配統合機構２０を構成する遊星歯車機構の三要素にそれぞれ接続されている。すなわち、エンジン１２がダンパ１８を介して遊星歯車機構のプラネタリキャリア２４に、第一ＭＧ１４が遊星歯車機構のサンギア２２に、また、第二ＭＧ１６が遊星歯車機構のリングギア２６にそれぞれ接続されている。また、リングギア２６には、アウトプットシャフト２６ａが接続されており、このアウトプットシャフト２６ａから各原動機１２，１４，１６の動力が、ギア機構３２及び車軸３４を介して駆動輪３６に伝達される。

また、ハイブリッド車両１０は、走行状態に応じてエンジン１２と第一及び第二ＭＧ１４，１６の出力を制御することにより、様々な態様の運用を行うことができる。例えば、エンジン１２または第二ＭＧ１６のどちらか一方で走行する、エンジン１２と第二ＭＧ１６を協調して走行する、またエンジン１２の出力の一部により第一ＭＧ１４で発電を行うなど様々な態様の運用を行うことができる。さらに、減速時において、駆動輪３６から入力されるハイブリッド車両１０の運動エネルギにより第二ＭＧ１６で回生発電を行うこともできる。

エンジン１２は、燃焼室内の混合気を点火プラグ６６により点火することで燃焼させる火花点火機関である。エンジン１２には、ピストン６２が往復運動する気筒６０と、ピストン６２にコネクティングロッドを介して接続され、このピストン６２の往復運動を回転運動に変換するクランク軸６４が設けられている。気筒６０には、これの内部にある燃料室の混合気に点火する点火装置として、点火プラグ６６が設けられている。

また、エンジン１２には、気筒６０の吸排気を行う吸気系統７２と排気系統７４が設けられている。気筒６０には、これを開閉する弁として吸気バルブ７６と排気バルブ７８が設けられ、吸気バルブ７６を介して吸気系統７２が、排気バルブ７８を介して排気系統７４がそれぞれ接続されている。吸気系統７２には、空気量を調整するスロットルバルブ６８と、燃料を噴射する燃料噴射弁７０とが設けられている。スロットルバルブ６８は、スロットルモータ６８ａの駆動により弁の開閉が行われる。

ピストン６２の動作により、スロットルバルブ６８を介して外部より導入された空気は、燃料噴射弁７０により噴射された燃料と混合して混合気になり、吸気バルブ７６の開弁に伴って気筒６０に吸入される。吸入された混合気は、点火プラグ６６から発生される電気火花によって、点火されて爆発燃焼する。この爆発燃焼に伴うピストン６２の直線運動が、クランク軸６４により回転運動に変換される。爆発燃焼した混合気は、排気になり、排気バルブ７８の開弁に伴って排出され、排気系統７４を介し外部に放出される。

ハイブリッド車両１０は、運転者の要求と車両の状態とに基づき運転を行なうよう制御するハイブリッド用電子制御装置（以下、ハイブリッド用ＥＣＵと記す）４２と、このハイブリッド用ＥＣＵ４２に接続され、ハイブリッド用ＥＣＵ４２からの指示により対象機器を制御する各種電子制御装置を有する。各種電子制御装置は、エンジン１２を制御するエンジン用電子制御装置（以下、エンジンＥＣＵと記す）４０と、第一及び第二インバータを介して第一及び第二ＭＧ１４，１６を制御するモータ用電子制御装置（図示せず）と、バッテリを管理するバッテリ用電子制御装置（図示せず）を含む。

ハイブリッド用ＥＣＵ４２には、運転者の意思で操作され、走行性能に対する運転者の要求をハイブリッド用ＥＣＵ４２に入力する各種入力手段が接続されている。この入力手段から運転者の要求を示す信号がハイブリッド用ＥＣＵ４２に入力される。各種入力手段には、アクセルペダル４４、ブレーキペダル４６、シフトレバー４８が含まれる。

また、ハイブリッド用ＥＣＵ４２には、車両の走行速度を検出する車速センサ５２が接続されており、このセンサから走行速度を示す信号が入力される。ハイブリッド用ＥＣＵ４２は、上述の運転者の要求を示す信号に基づきその要求を判断し、また各電子制御装置及び車速センサ５２からの信号に基づき車両の状態を判断して、運転者の要求と車両の状態に適用した運転を行なうように各電子制御装置に指示を行う。

エンジンＥＣＵ４０には、エンジン１２の運転状態を検出する各種検出部が接続されている。各種検出部は、例えば、スロットルポジションセンサ８０、クランクポジションセンサ８２、カムポジションセンサ８４、水温センサ８６である。スロットルポジションセンサ８０は、スロットルバルブ６８の開度を検出する。クランクポジションセンサ８２は、クランク軸６４の回転位置を検出する。カムポジションセンサ８４は、吸気バルブ７６や排気バルブ７８を開閉するカムシャフトの回転位置を検出する。水温センサ８６は、エンジン１２の冷却水の温度を検出する。また、エンジンＥＣＵ４０には、所定の運転状態になるようエンジン１２を操作する各種操作部が接続されている。各種操作部は、例えば、燃料噴射弁７０、スロットルモータ６８ａ、点火用のイグニッションコイル８８、吸気及び排気バルブ７６，７８の開閉時期を変化させる可変バルブタイミング機構９０である。

エンジンＥＣＵ４０に、各種検出部からエンジン１２の運転状態を示す信号と、各種入力手段からハイブリッド用ＥＣＵ４２を介して運転者の要求を示す信号が入力される。エンジンＥＣＵ４０には、エンジン１２の運転状態及び運転者の要求に応じた燃焼噴射量、噴射時期、点火時期、吸気及び排気バルブ開閉時期などの制御パラメータが予め設定されている。この制御パラメータに従ってエンジンＥＣＵ４０は、各種操作部に制御信号を出力し、エンジン１２の制御を行う。また、エンジンＥＣＵ４０は、必要に応じてハイブリッド用ＥＣＵ４２にエンジン１２の運転状態に関する信号を出力する。

一般的に、運転者が操作する入力手段の操作と内燃機関の制御パラメータの対応関係を複数設定しておき、これらのいずれかを選んでその設定に応じた制御を実行する制御技術が知られている。以下、それぞれの設定のことを制御モードと記す。運転者が制御モードのいずれかを選択することにより、運転者の要求に応じた内燃機関の出力特性を得ることができる。本実施形態の制御モードには、平均的な、すなわち、最大公約数的な出力特性を得ることができるノーマルモードと、燃料消費が低減される出力特性を得ることができるエコモードとが設定されている。これらの制御モードの切り替え操作を行うため、ハイブリッド用ＥＣＵ４２には、エコスイッチ５０が接続されている。運転者がエコスイッチ５０をオンに操作してエコモードを選択することにより、燃料消費が低減される出力特性を得ることができる。一方、運転者がエコスイッチ５０をオフに操作することにより、ノーマルモードが選択され、平均的な出力特性を得ることができる。

エンジンＥＣＵ４０は、車両走行中にアクセルがオフ状態になった場合、すなわち車両の減速時に、エンジン１２の燃料噴射を停止させるフューエルカット制御を行う。このフューエルカット制御には、燃料の供給が停止された時点の前後におけるトルク変動が小さくなるように、エンジン１２の出力を調整する動作が含まれる。フューエルカット前後のトルク変動は、それまでのエンジン１２の出力がフューエルカットによりなくなるまでの出力変化を緩やかにさせることで低減される。本実施形態のフューエルカット制御においては、フューエルカットを行う前に、エンジン１２の点火時期を徐々に遅角させて、エンジン１２の出力を低下させ、出力変化を緩やかにしている。

通常、内燃機関の点火時期は、その時の内燃機関の運転状態に応じて出力が最適となるように設定される。ただし、ノッキングの抑制、出力の一時的な抑制のために点火時期を遅角制御する場合がある。遅角制御の最大量は、未燃混合気が発生するなどの問題が生じない値に設定されている。フューエルカット制御において、エンジンＥＣＵ４０は、フューエルカットを行うまでの所定の期間、点火時期を徐々に遅角させて、エンジン１２の出力を徐々に低下させている。そして、点火時期を、予め設定されている最大遅角量までずらし、出力を可能な限り低下させてから、フューエルカットを行う。この動作により、フューエルカット制御時におけるエンジン１２の出力を緩やかに変化させることができるので、トルク変動が小さくなり、車体の振動が低減される。なお、フューエルカット制御において、フューエルカットを行う前に点火時期を徐々に遅角させるよう調整する期間を、以降、徐変期間Ｔと記す。

エンジンＥＣＵ４０は、制御モードとフューエルカット制御の制御特性とを対応づけたマップを記憶している。このマップについて図を用いて説明する。図３は、制御モードに対応する徐変期間Ｔを示す図である。図中の実線は、ノーマルモード時の点火時期の変化を示し、図中の破線は、エコモード時の点火時期の変化を示す。ノーマルモード時の徐変期間Ｔは、点火時期が最適値（ｔ０）から徐々に遅角されて最大遅角量である最遅角（ｔ１）になるまでの期間Ｔ１である。一方、エコモード時の徐変期間Ｔは、点火時期が最適値（ｔ０）から徐々に遅角されて最遅角（ｔ２）になるまでの期間Ｔ２である。図に示すように、エコモード時の徐変期間ＴであるＴ２は、ノーマルモード時の徐変期間ＴであるＴ１より短くなるよう設定されている。徐変期間Ｔにおいては、エンジン１２に対する運転者の出力要求とは関係なく燃料が消費される。よって、エコモードが選択された場合、徐変期間Ｔで消費される燃料がノーマルモード時より少なくなる、すなわち燃料消費が低減するので、エコモードに適したフューエルカット制御になる。しかし、エンジン１２の出力低下が短時間で行われ、単位時間当たりの出力変化量が大きくなるので、トルク変動が低減され難くなる。一方、ノーマルモードが選択された場合、燃料は消費されるものの、時間をかけてエンジン１２の出力が変化するので、トルク変動及び車体振動が抑制され、乗り心地を向上させることがきる。

次に、エンジンＥＣＵ４０の動作、特に減速時のエンジン１２の燃料噴射を停止させるフューエルカット制御の動作について図を用いて説明する。図４は、フューエルカット制御の一例を示すフローチャートである。車両走行中、アクセルペダル４４のオフ状態を示す信号がハイブリッド用ＥＣＵ４２を介してエンジンＥＣＵ４０に入力されることで、フューエルカット制御の動作が実行される。

まず、ステップＳ１００において、現在の制御モードが判断される。本実施形態では、ハイブリッド用ＥＣＵ４２を介して入力されるエコスイッチ５０のオン／オフ状態に基づいて制御モードがノーマルモードであるかエコモードであるかが判断される。エコスイッチ５０がオフ状態の場合、制御モードがノーマルモードであると判断され、ステップＳ１１０の動作が実行される。一方、エコスイッチ５０がオン状態の場合、制御モードがエコモードであると判断され、ステップＳ１２０の動作が実行される。

ステップＳ１１０では、徐変期間ＴがＴ１に設定され、ステップＳ１３０が実行される。一方、ステップＳ１２０では、徐変期間ＴがＴ２に設定され、ステップＳ１３０が実行される。なお、上述のように徐変期間Ｔは、Ｔ１＞Ｔ２の関係である。

ステップＳ１３０では、フューエルカット制御が実行される。すなわち、設定された徐変期間Ｔにおいて点火時期が遅角された後、燃料噴射弁７０からの燃料噴射を停止させる制御が行われる。

本実施形態に係るエンジンＥＣＵ４０によれば、制御モードに対応した徐変期間Ｔが設定されているので、運転者により選択された制御モードに適したフューエルカット制御を行うことができる。燃料消費が低減されるエコモードが選択された場合、徐変期間ＴがＴ２に設定されてフューエルカット制御が行われる。Ｔ２はノーマルモード時の徐変期間ＴであるＴ１より短いので、その間に消費される燃料が低減される。

上記実施形態では、減速時のフューエルカット制御が行われる場合、現状の制御モードに対応した徐変期間Ｔを設定する場合について説明したが、フューエルカット制御を行うときであれば、減速時以外の場合でも、現状の制御モードに対応した徐変期間Ｔを設定してもよい。

上記実施形態では、フューエルカット時のトルク変動を低減させるために、点火時期を徐々に遅角させるよう調整する場合について説明したが、この構成に限定されるものではない。エンジン１２の吸気バルブ７６の開閉タイミングを徐々に遅角側に調整したり、エンジン１２が直接噴射方式のエンジンであれば燃料噴射弁７０による燃料噴射タイミングを遅らせるように調整したりして、フューエルカット時のトルク変動を低減させてもよい。

上記実施形態では、エコモードが選択された場合、徐変期間Ｔをノーマルモードのときのそれより短いＴ２に設定し、その間に点火時期を徐々に遅角させるよう調整する場合について説明したが、点火時期を遅角させることなく、直ちに燃料の供給を停止させてもよい。

本実施形態に係るハイブリッド車両の概略構成を示す図である。 ハイブリッド車両に搭載されるエンジンの概略構成を示す図である。 制御モードに対応する徐変期間Ｔの状態を示す図である。 フューエルカット制御の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ ハイブリッド車両、１２ エンジン、２０ 動力分配統合機構、４０ エンジンＥＣＵ、４２ ハイブリッド用ＥＣＵ、４４ アクセルペダル、５０ エコスイッチ、５２ 車速センサ、６６ 点火プラグ、６８ スロットルバルブ、７０ 燃料噴射弁、８８ イグニッションコイル。

Claims (3)

1. 複数の制御モードから運転者により選択された制御モードに従って内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
   減速時に前記内燃機関の燃料噴射を停止させる場合、燃料噴射が停止するまでの所定の期間、当該内燃機関のトルク変動が抑制されるように、当該内燃機関の出力を調整する出力調整手段と、
   前記出力の調整が行われる期間である出力調整期間の長さを、現在の制御モードに対応して設定する設定手段と、
   を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記複数の制御モードは、
   通常走行に対応する通常モードと、
   通常モードより燃料消費が低減される低燃費モードと、
   を含み、
   前記低燃費モードに対応した前記出力調整期間が、前記通常モードに対応した前記出力調整期間より短い、
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記出力調整手段は、点火時期を徐々に遅角させて前記内燃機関の出力が低下するよう調整する、
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。

Images