JP2008231985A - トルクディマンド型の内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】フューエルカット制御に適したトルクディマンド型のエンジン制御を実現する。
【解決手段】ECUは、フューエルカット条件が成立すると(S1010にてYES)、目標トルクを算出するステップ(S1020)と、エンジン回転数NEを検出するステップ(S1030)と、目標トルク、NEおよびMBTから目標KLを算出するステップ(S1040)と、目標KLが下限KL以下になるまでは(S1050にてNO)、目標KLに基づくスロットル開度、ベース点火時期、現在KLに基づく噴射量でエンジンを制御するステップ(S1100)と、目標KLが下限KLに到達すると(S1050にてYES)、下限KLに基づくスロットル開度、NE、現在KLおよび目標トルクから算出された目標点火時期、現在KLに基づく噴射量でエンジンを制御するステップ(S1170)と、目標点火時期が遅角限界に到達すると(S1130にてYES)、実際にフューエルカットを開始するステップ(S1180)とを含む、プログラムを実行する。
【選択図】図3

Description

本発明は、フューエルカット制御を実行する内燃機関の制御装置に関し、特に、トルクディマンド型の内燃機関におけるフューエルカット制御に関する。
内燃機関(以下、エンジンと記載する場合がある)を搭載した車両においては、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が適用されることが多い。この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。一般的には、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る(フューエルカット回転数以上)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(フューエルカット復帰回転数)に達するとエンジンストールを回避すべく燃料の供給を再開する。
さらに、詳しく説明すると、このフューエルカット制御は、減速時のように車両が慣性力で走行している場合すなわち惰行時には、エンジンが外力によって強制的に回転させられて回転を維持することができるから、燃料の供給を停止して燃費の改善を図るものである。このフューエルカット制御は、燃料の供給を再開することにより、エンジンが自律回転を維持できる回転数の範囲で実行される。すなわち減速時にエンジン回転数が復帰回転数にまで低下する間、燃料の供給が停止される。
エンジン回転数がその復帰回転数にまで低下しないように制御すれば、燃料の供給停止期間が長くなるので、燃費の向上効果が優れることになり、そこで、従来においては、エンジンから駆動輪に到る動力系統(パワートレーン系)をいわゆる機械的な直結状態に近くなるように設定し、動力系統におけるいわゆる滑りによりエンジン回転数が低下することを防止している。その一例がトルクコンバータなどの流体伝動装置におけるロックアップクラッチ(直結クラッチ)を係合させることにより、減速時におけるエンジン回転数を相対的に高くする制御である。
ロックアップクラッチは入力側の部材と出力側の部材とを、流体に替わって機械的に連結する装置であるから、トルクの変動をもそのまま伝達してしまう。このため、フューエルカット制御を開始する際のショックや振動などを発生させる可能性がある。
特開2001−342878号公報(特許文献1)は、このようなショックや振動を、未然に回避することができる内燃機関の制御装置を開示する。この内燃機関の制御装置は、走行中に内燃機関に対する燃料の供給を停止するフューエルカット制御を行なう内燃機関の制御装置であって、フューエルカット制御の実行が判断された場合に、フューエルカット制御実行直前に、内燃機関から駆動輪までの動力系統における内燃機関から駆動輪に向けたトルクを低下方向に制御するフューエルカット直前制御手段と、フューエルカット制御が実行された場合に、フューエルカット制御実行直後に、内燃機関から駆動輪までの動力系統における内燃機関から駆動輪に向けたトルクを増大方向に制御するフューエルカット直後制御手段との少なくともいずれか一方の手段を備えていることを特徴とする。
この内燃機関の制御装置においては、走行中に内燃機関に対する燃料の供給を停止するフューエルカット制御を実行することが判断された場合、そのフューエルカット制御の実行の直前に、内燃機関から駆動輪に向けたトルクが低下させられる。その結果、フューエルカット制御を実行することに伴って内燃機関の出力トルクが低下する時点では、駆動輪に向けたトルクが既にある程度低下させられており、フューエルカット制御を実行することに伴うトルクの低下が生じた場合の駆動輪のトルクの変化幅が小さくなる。また、フューエルカット直後制御手段を備えている場合には、フューエルカット制御の実行の直後に動力系統における駆動輪に向けたトルクを増大させる制御が実行されるから、内燃機関の出力トルクの低下とフューエルカット直後制御手段によるトルクの増大とがトルクの変化量を相殺し、その結果、フューエルカット制御の実行に伴って内燃機関の出力トルクが低下しても駆動輪や動力系統でのトルクの変化幅が小さくなる。
特開2001−342878号公報
ところで、ドライバーのアクセルペダル操作とは独立にエンジン出力トルクを制御することが可能なエンジンと自動変速機とを備えた車両において、ドライバーのアクセルペダル操作量や車両の運転条件等に基づいて算出された正負の目標駆動トルクを、エンジントルクと自動変速機の変速ギヤ比で実現する「駆動力制御」という考え方がある。また、「駆動力要求型」や「駆動力ディマンド型」や「トルクディマンド方式」などと呼ばれる制御手法も、これに類する。
トルクディマンド方式のエンジン制御装置は、アクセル操作量とエンジン回転数と外部負荷とに基づき、エンジンの目標トルクを算出し、この目標トルクに応じて燃料噴射量と供給空気量とを制御する。このようなトルクディマンド方式のエンジン制御装置では、実際は、要求出力トルクに対し、エンジンやパワートレーン系でロスとなる摩擦トルクなどの損失負荷トルクを加えて、目標発生トルクとして算出し、これを実現するように燃料噴射量と供給空気量を制御することになる。このトルクディマンド方式のエンジン制御装置によると、車両の制御に直接作用する物理量であるエンジンのトルクを制御の基準値とすることにより、常に一定の操縦感覚を維持できる等、運転性を向上させることができる。すなわち、エンジンと自動変速機(ロックアップクラッチを含む)とを制御することにより、エンジンやパワートレーン系を含む車両全体として要求されるトルクが目標トルクを実現する。
さらに、エンジンのみを制御対象として(自動変速機を制御対象としないで)、このトルクディマンド方式による制御手法の概念をエンジンのみに取り入れることにより、エンジン単体を制御して、エンジンに要求される目標トルクを出力することも考えることができる。
すなわち、エンジン回転数NE、充填効率KL(=シリンダに吸入された空気量(質量流量)/シリンダに吸入可能な空気量(質量流量))、点火時期SA(以下、点火時期をSA(Spark Advance)と記載する場合がある)、空燃比A/F(ストイキメトリックを前提としても構わない)およびトルクの関係を前提として、目標トルクを実現できるように、スロットル開度、点火時期および燃料噴射量を算出するものである。すなわち、このようなエンジントルクディマンド制御を用いることにより、エンジンの目標トルクを算出して、目標トルクを実現できるようにスロットル開度、点火時期および燃料噴射量をエンジンECU(Electronic Control Unit)が制御する。
しかしながら、上述した特許文献1においては、フューエルカット直前にトルクを低下させたり、ドライバーの加速要求等に伴うフューエルカットからの復帰直後にトルクを増大させるのは、スロットルバルブやアイドルスピードコントロールバルブに過ぎない。すなわち、エンジンの出力トルクの制御を、吸入空気量を調整するのみで実行している。このため、要求されたトルクを実現することが困難な場合がある。
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、フューエルカットの開始時およびフューエルカットからの復帰時におけるショックの発生を回避できる、フューエルカット制御に適したトルクディマンド型の内燃機関の制御装置を提供することである。
なお、以下に記載するトルクディマンド型の内燃機関の制御装置は、エンジンやパワートレーン系を含む車両全体として要求される目標トルクを実現するにあたり、エンジンに要求される出力トルクをエンジン制御系が実現する場合における制御装置を含むものである。
第1の発明に係る制御装置は、車両に搭載されたトルクディマンド型の内燃機関の制御装置である。この制御装置は、車両の状態が予め定められたフューエルカット開始条件を満足すると、内燃機関への燃料供給を停止するフューエルカットの開始が可能であると判定するための判定手段と、フューエルカットの開始が可能であると判定されると、フューエルカットを実行する前において、内燃機関の発生トルクを低下させるように、少なくとも充填効率、トルクおよび内燃機関回転数の間に成立する関係を用いたトルクディマンド制御を実行するための制御手段とを含む。この制御手段は、内燃機関の充填効率を下げて、内燃機関から発生するトルクを低下させるための充填効率制御手段と、内燃機関の充填効率を下げた後において、内燃機関の点火時期を遅角させて、内燃機関から発生するトルクを低下させるための点火時期制御手段とを含む。この制御装置は、内燃機関の点火時期が遅角された後に、フューエルカットを実行するように、内燃機関を制御するためのフューエルカット制御手段をさらに含む。
第1の発明によると、車両の状態が予め定められたフューエルカット開始条件を満足した時点では、まだ、フューエルカットを実行しない。フューエルカットを実行する前において、内燃機関の充填効率を低下させてトルクを低下させた後に、さらに、点火時期を遅角させてトルクを低下させる。このように、充填効率が低下されて、さらに点火時期が遅角された後に、フューエルカットを実際に実行する。これらの充填効率を低下させる制御および点火時期を遅角させる制御においては、トルクディマンド制御が用いられる。これにより、滑らかにかつ十分に内燃機関から出力されるトルクを低下してから、フューエルカットを実行するので、トルクの段差を小さくすることができる。このため、フューエルカット開始時のショックを低減させることが可能になる。その結果、フューエルカットの開始時におけるショックの発生を回避できる、フューエルカット制御に適したトルクディマンド型の内燃機関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、充填効率制御手段は、予め設定された下限値まで充填効率を下げるための手段を含む。
第2の発明によると、可燃領域の限界である下限限界まで充填効率を低下させてから、点火時期を遅角させるので、十分に内燃機関から出力されるトルクを低下してから、フューエルカットを実行することができる。
第3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、点火時期制御手段は、予め設定された遅角限界まで点火時期を遅角するための手段を含む。
第3の発明によると、遅角限界まで点火時期を遅角させてからフューエルカットを実行するので、フューエルカット実行時におけるトルクの段差を小さくすることができる。
第4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、点火時期制御手段は、現実の充填効率を用いて点火時期を算出して、予め設定された遅角限界まで点火時期を遅角するための手段を含む。
第4の発明によると、充填効率、トルクおよび内燃機関回転数の間に成立する関係を用いたトルクディマンド制御を実行して点火時期を遅角するにおいて、現実の充填効率を用いて点火時期を算出するので、点火時期を遅角限界まで正確に遅角することができる。
第5の発明に係る制御装置においては、第3または4の発明の構成に加えて、フューエルカット制御手段は、内燃機関の点火時期が遅角限界まで遅角されると、フューエルカットを実行するように、内燃機関を制御するための手段を含む。
第5の発明によると、内燃機関の点火時期が遅角限界まで遅角されると(ドライバーにより要求されるトルクが実現可能な限界トルクを下回ると)、最大限まで内燃機関から発生するトルクが低下されている。このため、フューエルカット実行時におけるトルクの段差を最も小さくすることができる。
第6の発明に係る制御装置は、第1の発明と同様に、フューエルカット制御に適したトルクディマンド型の内燃機関の制御装置である。この制御装置は、内燃機関への燃料供給を停止するフューエルカットを実行中に予め定められた条件が成立するとフューエルカットから復帰するように、内燃機関を制御するためのフューエルカット復帰制御手段と、フューエルカットからの復帰時において、内燃機関の発生トルクを上昇させるように、少なくとも充填効率、トルクおよび内燃機関回転数の間に成立する関係を用いたトルクディマンド制御を実行するための制御手段とを含む。この制御手段は、内燃機関の点火時期を進角させて、内燃機関から発生するトルクを上昇させるための点火時期制御手段と、内燃機関の点火時期を進角した後において、内燃機関の充填効率を上げて、内燃機関から発生するトルクを上昇させるための充填効率制御手段とを含む。
第6の発明によると、フューエルカット中に車両の状態が予め定められたフューエルカット復帰条件を満足すると、フューエルカットから復帰(燃料噴射制御および点火制御再開)する。フューエルカットからの復帰時において、点火時期を進角させてトルクを上昇させた後に、さらに、充填効率を上昇させてトルクを上昇させる。これら点火時期を進角させる制御および充填効率を上昇させる制御においては、トルクディマンド制御が用いられる。これにより、フューエルカットからの復帰後において、滑らかにかつ十分に内燃機関から出力されるトルクを速やかに上昇させることができるので、ドライバーが要求するトルクとの段差を小さくすることができる。このため、フューエルカットからの復帰時のショックを低減させることが可能になる。その結果、フューエルカットからの復帰時におけるショックの発生を回避できる、フューエルカット制御に適したトルクディマンド型の内燃機関の制御装置を提供することができる。
第7の発明に係る制御装置においては、第6の発明の構成に加えて、点火時期制御手段は、予め設定された基本点火時期まで点火時期を進角するための手段を含む。
第7の発明によると、フューエルカットからの復帰後において、基本点火時期(たとえば、設定されたベース点火時期やMBT(Minimum spark advance for Best Torque)に対応する点火時期)まで点火時期を進角させるので、フューエルカットからの復帰時におけるトルクを速やかに上昇させることができる。
第8の発明に係る制御装置においては、第6の発明の構成に加えて、点火時期制御手段は、現実の充填効率を用いて点火時期を算出して、予め設定された予め設定された基本点火時期まで点火時期を遅角するための手段を含む。
第8の発明によると、充填効率、トルクおよび内燃機関回転数の間に成立する関係を用いたトルクディマンド制御を実行して点火時期を進角するにおいて、現実の充填効率を用いて点火時期を算出するので、点火時期を基本点火時期まで正確に進角することができる。
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。なお、以下の説明においては、エンジンは、トルクディマンド型の制御が実行されることを前提とする。
図1に示すように、本実施の形態に係る制御装置が搭載された車両は、エンジン150と、吸気系152と、排気系154と、エンジンECU100とを含む。また、このエンジン150は、ポート噴射型のガソリンエンジンであるが、ポートインジェクタに代えて/加えてシリンダ内に燃料を直接噴射する直噴インジェクタを備えても構わない。
吸気系152は、吸気通路110と、エアクリーナ118と、エアーフローメータ104と、スロットルモータ114と、スロットルバルブ112と、スロットルポジションセンサ116とを含む。
エアクリーナ118から吸気された空気は、吸気通路110を通り、エンジン150に流通する。吸気通路110の途中には、スロットルバルブ112が設けられる。スロットルバルブ112は、スロットルモータ114が作動することにより開閉される。このとき、スロットルバルブ112の開度は、スロットルポジションセンサ116により検出することが可能となる。エアクリーナ118とスロットルバルブ112との間における吸気通路には、エアーフローメータ104が設けられており、吸気された空気量を検出する。エアーフローメータ104には、吸入空気量Qを表わす吸気量信号をエンジンECU100に送信する。
エンジン150は、冷却水通路122と、シリンダブロック124と、インジェクタ126と、ピストン128と、クランクシャフト130と、水温センサ106と、クランクポジションセンサ132とを含む。
シリンダブロック124には特定の数に対応したシリンダが設けられ(特定の数は、気筒の数に対応する)、シリンダにはそれぞれピストン128が設けられる。ピストン128上部の燃焼室に吸気通路110を通って、インジェクタ126から噴射された燃料と吸気された空気との混合気が導入されて、点火プラグ(図示せず)の点火により燃焼する。燃焼が生じると、ピストン128が押し下げられる。このとき、ピストン128の上下運動は、クランク機構を介して、クランクシャフト130の回転運動に変換される。なお、エンジン150の回転数NEは、クランクポジションセンサ132により検出された信号に基づいてエンジンECU100が検出する。
シリンダブロック124内には、冷却水通路122が設けられており、ウォータポンプ(図示せず)の作動により、冷却水が循環する。この冷却水通路122内の冷却水は、冷却水通路122に接続されたラジエータ(図示せず)へと流通して冷却ファン(図示せず)により放熱される。冷却水通路122の通路上には水温センサ106が設けられており、冷却水通路122内の冷却水の温度(エンジン冷却水温)THWを検出する。水温センサ106は、検出したエンジン冷却水温THWを示す信号をエンジンECU100に送信する。
排気系154は、排気通路108と、第1の空燃比センサ102Aと、第2の空燃比センサ102Bと、第1の三元触媒コンバータ120Aと、第2の三元触媒コンバータ120Bとを含む。第1の三元触媒コンバータ120Aの上流側に第1の空燃比センサ102Aが設けられ、第1の三元触媒コンバータ120Aの下流側(第2の三元触媒コンバータ120Bの上流側)に第2の空燃比センサ102Bが設けられる。なお、三元触媒コンバータは1個でもよい。
エンジン150の排気側に接続された排気通路108は、第1の三元触媒コンバータ120Aおよび第2の三元触媒コンバータ120Bに接続される。すなわち、エンジン150において燃焼室内の混合気の燃焼により生じる排気ガスは、まず、第1の三元触媒コンバータ120Aに流入する。第1の三元触媒コンバータ120Aに流入した排気ガス中に含まれるHC、COは、第1の三元触媒コンバータ120Aにおいて酸化される。また、第1の三元触媒コンバータ120Aに流入した排気ガス中に含まれるNOxは、第1の三元触媒コンバータ120Aにおいて、還元される。この第1の三元触媒コンバータ120Aは、エンジン150の近くに設置され、エンジン150の冷間始動時においても速やかに昇温されて触媒機能を発現する。
さらに、排気ガスは、NOxの浄化を目的として、第1の三元触媒コンバータ120Aから第2の三元触媒コンバータ120Bに送られる。この第1の三元触媒コンバータ120Aと第2の三元触媒コンバータ120Bとは、基本的には同じ構造および機能を有するものである。
第1の三元触媒コンバータ120Aの上流側に設けられた第1の空燃比センサ102A、第1の三元触媒コンバータ120Aの下流側であって第2の三元触媒コンバータ120Bの上流側に設けられた第2の空燃比センサ102Bは、第1の三元触媒コンバータ120Aまたは第2の三元触媒コンバータ120Bを通過した排気ガス中に含まれる酸素の濃度を検出する。酸素の濃度を検出することにより、排気ガス中に含まれる燃料と空気との比、いわゆる空燃比を検出することができる。
第1の空燃比センサ102Aおよび第2の空燃比センサ102Bは、排気ガス中の酸素濃度に応じた電流を発生させる。この電流は、たとえば電圧に変換されてエンジンECU100に入力される。したがって、第1の空燃比センサ102Aの出力信号から第1の三元触媒コンバータ120Aの上流における排気ガスの空燃比を検出することができ、第2の空燃比センサ102Bの出力信号から第2の三元触媒コンバータ120Bの上流における排気ガスの空燃比を検出することができる。これらの第1の空燃比センサ102Aおよび第2の空燃比センサ102Bは、空燃比がリーンのときには、たとえば0.1V程度の電圧を発生し、空燃比がリッチのときには0.9V程度の電圧を発生するものである。これらの値に基づいて空燃比に換算した値と、空燃比のしきい値とを比較して、エンジンECU100による空燃比制御が行なわれる。
第1の三元触媒コンバータ120Aおよび第2の三元触媒コンバータ120Bは、空燃比がほぼ理論空燃比のときにHC,COを酸化しつつNOxを還元する機能、すなわちHC,COおよびNOxを同時に浄化する機能を有する。これらの第1の三元触媒コンバータ120Aおよび第2の三元触媒コンバータ120Bは、空燃比がリーンであり排気ガス中の酸素量が多いと、酸化作用が活発となるが還元作用が不活発となり、また空燃比がリッチであり排気ガス中の酸素量が少ないと、逆に還元作用が活発となるが酸化作用が不活発となり、前述の三成分をすべて良好に浄化させることができない。
なお、エンジンECU100には、ドライバーにより操作されるアクセルペダルの開度(アクセルペダル開度ACC)を検出するアクセルペダル開度センサが接続されている。
エンジンECU100は、エンジン150を制御対象として、トルクディマンド制御を実行する。エンジン回転数NE、充填効率KL、点火時期SA、空燃比A/F(ここでは、ストイキメトリックを前提とする)およびトルクの関係を用いて、目標トルクを実現できるように、スロットル開度、点火時期および燃料噴射量を算出して、スロットルバルブ112の開度、点火時期およびインジェクタ126からの燃料噴射量(より具体的には燃料噴射時間と噴射される燃料量とがリニアな関係が成立する領域(噴射量限界領域)においては、燃料噴射時間をエンジンECU100が制御して燃料噴射量が制御される)を制御する。
すなわち、このようなエンジントルクディマンド制御を用いることにより、エンジンの目標トルクを算出して、目標トルクを実現できるようにスロットル開度、点火時期および燃料噴射量をエンジンECU100が制御する。さらに、このエンジンECU100においては、目標トルクから算出された目標KLに基づいてスロットル開度を算出して、その開度になるようにスロットルバルブ112を制御する。このように制御されてスロットルバルブ112の開度が調整されて充填効率KLが変化する。現在の充填効率KLを検出して、これを用いて点火時期を制御している。
図2を参照して、本実施の形態に係る制御装置の機能ブロック図について説明する。図2に示すように、この制御装置(エンジンECU100で実現される)は、フューエルカットを実際に実行するにあたり、エンジン150の出力トルクを滑らかに低下させたり、ドライバーのアクセルペダル操作(加速要求)に伴うフューエルカットからの復帰直後において、エンジン150の出力トルクを速やかに上昇させたりする。このとき、トルクディマンド方式による制御が実行される。以下、フューエルカット直前において、エンジン150の出力トルクを滑らかに低下させる場合について説明する。
エンジン150の出力トルクを低下させるために、以下のように処理が実行される。演算器1000において、ISC(Idle Speed Control)時の目標トルク(以下、ISC目標トルクと記載する場合がある)に、点火時期を遅角することによるトルクダウン率である点火効率を乗算してトルク(目標トルク)が算出される。KL算出器1010において、この算出された目標トルクと、エンジン回転数NE(現在のエンジン回転数)と、MBTとに基づいて、目標充填効率(以下、目標KLと記載する場合がある)が算出される。この目標KLが、目標KLに対して設定されたKL下限ガード(下限カード保持部1020に記憶されている)に到達するまでは、目標KLは低下される(すなわち、エンジン150から出力される目標トルクが低下される)。目標KLが下限ガードに到達してしまうと、点火時期を遅角することが開始されてトルクが低下される。なお、スロットル算出部1030において、目標KLに基づいて、スロットルバルブ112の開度(以下、スロットル開度と記載する場合がある)が算出される。
目標KLが下限ガードに到達してしまうと、現在の充填効率KL(以下、現在KLと記載する場合がある)が検出されて、点火時期算出部2000において、エンジン回転数NE(現在のエンジン回転数)と、この現在KLと、上述した目標トルクとに基づいて、点火時期が算出される。この点火時期が、点火時期に対して設定された遅角ガード(遅角ガード保持部2010に記憶されている)に到達するまでは、点火時期は遅角される(すなわち、エンジン150から出力される目標トルクが低下される)。点火時期が遅角ガードに到達してしまうと、フューエルカットフラグがセットされて、燃料量が0になる。
さらに、目標KLをKL下限ガードまで低下させている場合、点火時期を遅角ガードまで遅角させている場合のいずれにおいても、噴射量算出部(乗算器)3000において、現在KLに、ストイキ(ストイキメトリック)噴射量補正係数が乗算されて、インジェクタ126からの燃料噴射量が算出される。
選択器3010は、フューエルカットフラグがセットされていないと乗算器3000により算出された噴射量を、フューエルカットフラグがセットされていると噴射量0(燃料噴射停止)を選択する。
このような本実施の形態に係る制御装置は、デジタル回路やアナログ回路の構成を主体としたハードウェアでも、エンジンECU100に含まれるCPU(Central Processing Unit)およびメモリとメモリから読み出されてCPUで実行されるプログラムとを主体としたソフトウェアでも実現することが可能である。一般的に、ハードウェアで実現した場合には動作速度の点で有利で、ソフトウェアで実現した場合には設計変更の点で有利であると言われている。以下においては、ソフトウェアとして制御装置を実現した場合を説明する。
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ECU100で実行されるフューエルカット開始時のプログラムの制御構造について説明する。なお、このプログラムは、予め定められたサイクルタイムで繰り返し実行されるサブルーチンプログラムとして記載する。
ステップ(以下、ステップをSと記載する)1000にて、エンジンECU100は、エンジン150の各種状態量を検出する。たとえば、エンジンECU100は、エンジン回転数、アクセルペダル開度、エンジン冷却水温等を検出する。
S1010にて、エンジンECU100は、フューエルカット条件が成立したか否かを判断する。このとき、エンジンECU100は、S1000にて検出した、エンジン回転数、アクセルペダル開度、エンジン冷却水温等に基づいて、フューエルカット条件が成立したか否かを判断する。フューエルカット条件が成立すると(S1010にてYES)、処理はS1020へ移される、もしそうでないと(S1010にてNO)、処理はS1000へ戻される。なお、このプログラムはサブルーチンプログラムとして記載したものであるので、S1010にてNOの場合には、リターンしても構わない。
S1020にて、エンジンECU100は、目標トルクを、ISC目標トルク×点火効率により算出する。S1030にて、エンジンECU100は、エンジン回転数NEを検出する。S1040にて、エンジンECU100は、変数を目標トルク、エンジン回転数NE、MBTとする関数を用いて、目標KLを算出する。
S1050にて、エンジンECU100は、目標KLが下限KL以下にまで低下したか否かを判断する。目標KL≦下限KLであると(S1050にてYES)、処理はS1110へ移される、もしそうでないと(S1050にてNO)、処理はS1060へ移される。
S1060にて、エンジンECU100は、目標KLを変数とする関数を用いて、スロットルバルブ112の開度を算出する。S1070にて、エンジンECU100は、点火時期をベース点火時期とする。
S1080にて、エンジンECU100は、現在の充填効率(現在KL)を検出する。S1090にて、エンジンECU100は、目標KLに変換係数を乗算することにより、インジェクタ126から噴射される燃料の量(噴射量)を算出する。
S1100にて、エンジンECU100は、充填効率KL変化時における、スロットル開度、点火時期、燃料噴射量についての、各指令信号を、スロットルバルブ112の開度コントローラ、点火時期コントローラ、燃料噴射量コントローラにそれぞれ出力する。この処理により、目標KLが低下されてエンジン150から出力されるトルクが低下される。その後、処理はS1020へ戻される。
S1110にて、エンジンECU100は、現在の充填効率(現在KL)を検出する。S1120にて、エンジンECU100は、変数を、エンジン回転数NE、現在KL、目標トルクとする関数を用いて、目標点火時期(以下、目標SAと記載する場合がある)を算出する。
S1130にて、エンジンECU100は、目標SAが遅角限界にまで到達したか否かを判断する。目標SA=遅角限界であると(S1130にてYES)、処理はS1180へ移される、もしそうでないと(S1130にてNO)、処理はS1140へ移される。
S1140にて、エンジンECU100は、下限KLに対応する開度を、スロットルバルブ112の開度として算出する。S1150にて、エンジンECU100は、点火時期を目標SAとする。S1160にて、エンジンECU100は、目標KLに変換係数を乗算することにより、インジェクタ126から噴射される燃料の量(噴射量)を算出する。
S1170にて、エンジンECU100は、点火時期SA変化時における、スロットル開度、点火時期、燃料噴射量についての、各指令信号を、スロットルバルブ112の開度コントローラ、点火時期コントローラ、燃料噴射量コントローラにそれぞれ出力する。この処理により、点火時期が遅角されてエンジン150から出力されるトルクが低下される。その後、処理はS1120へ戻される。
S1180にて、エンジンECU100は、フューエルカット実行フラグをセットする。これにより、実際にエンジン150への燃料の供給が停止される。
図4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ECU100で実行されるフューエルカット復帰時のプログラムの制御構造について説明する。なお、このプログラムも、予め定められたサイクルタイムで繰り返し実行されるサブルーチンプログラムとして記載する。さらに、図4のフローチャートの中で図3のフローチャートの中での処理と同じ処理については同じステップ番号を付してある。それらの処理は同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。
S2000にて、エンジンECU100は、ドライバーによる要求トルクが下限トルク(発生限界トルク)以上まで上昇したか否かを判断する。要求トルク≧下限トルクであると(S2000にてYES)、処理はS2010へ移される、もしそうでないと(S2000にてNO)、処理はS2000へ移される。
S2010にて、エンジンECU100は、フューエルカット実行フラグをリセットする。これにより、エンジン150への燃料の供給停止から復帰されて、実際にエンジン150への燃料の供給が再開される。
S2020にて、エンジンECU100は、現在の充填効率(現在KL)を検出する。その後、S1020、S1030およびS1120の処理が実行される。この処理において、遅角限界まで遅角されていた点火時期が、次第に進角される。
S2030にて、エンジンECU100は、目標SAがベースSA(ベースとなる点火時期)にまで到達したか否かを判断する。目標SA=ベースSAであると(S2030にてYES)、処理はS1040へ移される、もしそうでないと(S2030にてNO)、処理はS2040へ移される。
S2040にて、エンジンECU100は、現在KLに対応する開度を、スロットルバルブ112の開度として算出する。その後、S1150、S1160およびS1170の処理が実行される。これらの処理において、点火時期が進角されてエンジン150から出力されるトルクが上昇される。その後、処理はS1020へ戻される。
なお、エンジンECU100は、S2030にてYESの場合には、S1040、S1060、S1070、S1090、S1100の処理を実行する。これらの処理において、目標KLが上昇されてエンジン150から出力されるトルクが上昇される。
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(ECU)により制御されるエンジン150のフューエルカット動作について、図5(全体図)、図6(フューエルカット開始時拡大図)および図7(フューエルカット復帰時拡大図)を参照して説明する。
[フューエルカット開始時]
車両の走行時に、たとえば、降坂路でドライバーがアクセルペダルを踏まないとフューエルカット条件が成立する(S1010にてYES)。このタイミングが図5の時刻t(1)である。
本実施の形態に係る制御装置においては、この時点ではフューエルカットを実行しないで、(1)下限KLまでKLを低下させてトルクを低下させ、(2)下限KLに到達すると、点火時期を遅角限界まで遅角側に変化させてトルクを低下させ、(3)遅角限界に到達すると、フューエルカットを実際に実行する。このタイミングが図5の時刻t(2)である。
図6(および図3)を参照してさらに詳しく説明する。図6は、図5の時刻t(1)〜時刻t(2)の時間に対応する拡大図である。
図6の時刻t(11)において、フューエルカット条件が成立すると(S1010にてYES)、目標トルクがISC目標トルク×点火効率で算出され(S1020)、エンジン回転数NEが検出され(S1030)、目標トルクとエンジン回転数NEとMBTとに基づいて、目標KLが算出される(S1040)。
目標KLが下限KLに到達するまでは(S1050にてNO)、スロットルバルブ112の開度が目標KLに基づいて算出され(S1060)、点火時期がベース点火時期として算出される(S1070)。すなわち、まずは、点火時期を変化させないで、目標KLを低下せしめて、エンジン150からの出力トルクを低下させる。なお、燃料噴射量が、現在KLに変換係数を乗算して算出される(S1090)。
算出された、スロットル開度、点火時期、燃料噴射量についての、各指令信号が、スロットルバルブ112の開度コントローラ、点火時期コントローラ、燃料噴射量コントローラにそれぞれ出力される。このような処理が、目標KLが下限KLに到達するまで繰返し実行され、目標KLが低下されてエンジン150から出力されるトルクが低下される。
目標KLが下限KLに到達するまでの時間が、図6の時刻t(11)〜時刻t(12)であって、KLが下限KLに到達するまで低下されており、エンジン150からの発生トルクも滑らかに低下している。
次に、目標KLが下限KLに到達すると(S1050にてYES)、現在KLが検出され(S1110)、エンジン回転数と現在KLと目標トルクとに基づいて目標SAが算出される(S1120)。目標SAが遅角限界に到達するまでは(S1130にてNO)、スロットルバルブ112の開度が下限KLに対応する開度として算出され(S1140)、点火時期が目標SAとして算出される(S1150)。すなわち、目標KLを低下せしめてエンジン150からの発生トルクを滑らかに低下させた後(目標KLが下限KLに到達した後)、点火時期を遅角せしめて、エンジン150からの出力トルクを低下させる。なお、燃料噴射量が、現在KLに変換係数を乗算して算出される(S1160)。
算出された、スロットル開度、点火時期、燃料噴射量についての、各指令信号が、スロットルバルブ112の開度コントローラ、点火時期コントローラ、燃料噴射量コントローラにそれぞれ出力される。このような処理が、目標SAが遅角限界に到達するまで繰返し実行され、目標SAが遅角されてエンジン150から出力されるトルクが低下される。
目標SAが遅角限界に到達するまでの時間が、図6の時刻t(12)〜時刻t(13)であって、点火時期が遅角限界に到達するまで遅角されており、エンジン150からの発生トルクも滑らかに低下している。
目標SAが遅角限界に到達すると(S1130にてYES)、フューエルカット実行フラグがセットされて、実際に燃料供給が停止される(S1180)。このタイミングが、図6の時刻t(13)である。
このように、フューエルカットの開始時においては、先に、目標KLが下限KLに到達するまでは、目標KLを低下させてエンジン150からの出力トルクを低下させて、次に、目標SAを遅角限界まで遅角させてエンジン150からの出力トルクを低下させる。このように滑らかにかつ十分にエンジン150からの出力トルクを低下してからフューエルカットを実行するので、トルクの段差を小さくすることができる。このため、フューエルカット開始時のショックを低減させることが可能になる。
[フューエルカット復帰時]
フューエルカットの実行時に、たとえば、ドライバーによる要求トルクが発生限界トルク(下限トルク)以上になるとフューエルカットから復帰する(S2000にてYES、S2010)。このタイミングが図5の時刻t(3)である。
本実施の形態に係る制御装置においては、フューエルカットから復帰した直後において、(4)点火時期をベース点火時期まで進角側に変化させてトルクを上昇させ、(5)点火時期がベース点火時期に到達すると、KLを上昇させてトルクを上昇させる。
図7(および図4)を参照してさらに詳しく説明する。図7は、図5の時刻t(3)近傍の時間に対応する拡大図である。
図7の時刻t(21)において、アクセルオフ時のドライバ要求トルクが下限トルク(実現可能トルク)以下になるように設定されている場合において、ドライバ要求トルクが下限トルク以上になると(S2000にてYES)、フューエルカット実行フラグがリセットされて、エンジン150への燃料供給が再開される(S2010)。現在KLが検出され(S2020)、目標トルクがISC目標トルク×点火効率で算出され(S1020)、エンジン回転数NEが検出され(S1030)、エンジン回転数NEと現在KLと目標トルクとに基づいて、目標SAが算出される(S1120)。
目標SAがベースSAに到達するまでは(S2030にてNO)、スロットルバルブ112の開度が現在KLに対応するように算出され(S2050)、点火時期が目標SAとして算出される(S1150)。すなわち、まずは、目標KLを変化させないで、点火時期を進角させて、エンジン150からの出力トルクを上昇させる。なお、燃料噴射量が、現在KLに変換係数を乗算して算出される(S1160)。
算出された、スロットル開度、点火時期、燃料噴射量についての、各指令信号が、スロットルバルブ112の開度コントローラ、点火時期コントローラ、燃料噴射量コントローラにそれぞれ出力される。このような処理が、目標SAがベース点火時期に到達するまで繰返し実行され、点火時期が進角されてエンジン150から出力されるトルクが上昇される。
目標SAがベースSAに到達するまでの時間が、図7の時刻t(21)〜時刻t(22)であって、点火時期が遅角限界からベースSAに到達するまで進角されており、エンジン150からの発生トルクも滑らかに上昇している。
次に、目標SAがベースSAに到達すると(S2030にてYES)、目標トルクとエンジン回転数とMBTとに基づいて目標KLが算出される(S1040)。スロットルバルブ112の開度が目標KLに対応する開度として算出され(S1060)、点火時期がベース点火時期として算出される(S1070)。すなわち、点火時期をベース点火時期まで進角せしめてエンジン150からの発生トルクを滑らかに上昇させた後(目標SAがベースSAに到達した後)、目標KLを上昇せしめて、エンジン150からの出力トルクを上昇させる。なお、燃料噴射量が、現在KLに変換係数を乗算して算出される(S1090)。
算出された、スロットル開度、点火時期、燃料噴射量についての、各指令信号が、スロットルバルブ112の開度コントローラ、点火時期コントローラ、燃料噴射量コントローラにそれぞれ出力される。このような処理が、ドライバ要求トルクに従った目標KLに対応して繰返し実行され、エンジン150から出力されるトルクが上昇される。
目標KLが上昇されてエンジン150からの出力トルクが上昇する時間が、図7の時刻t(22)以降であって、点火時期はベース点火時期に保持されており、目標KLの上昇に従ってエンジン150からの発生トルクも滑らかに上昇している。
このように、フューエルカットから復帰すると、先に、目標SAをベース点火時期まで進角させてエンジン150からの出力トルクを上昇させ、次に、ドライバ要求トルクに従った目標KLを上昇させてエンジン150からの出力トルクを上昇させる。このようにフューエルカットからの復帰直後から滑らかにかつ十分にエンジン150からの出力トルクを上昇させるので、トルクの段差を小さくすることができる。このため、ドライバ要求トルクが上昇してフューエルカットから復帰した時のショックを低減させ、十分な加速感を実現でき、ドライバビリティを向上させることが可能になる。
これは、たとえば、アクセルペダルの踏み込み量のみによってエンジンを制御していた(たとえば目標KLを変化させてしていた)非トルクディマンド型制御においては、アクセルペダルの踏み込み量の度合いによって目標KLが変化してしまい、これによりトルク復帰速度が変化して、加速ショック(アクセルペダルの踏み込みが急で大きく目標KLの上昇が急な場合)やヘジテーション(アクセルペダルの踏み込みが緩やか小さく目標KLの上昇が緩やかな場合)が発生していたこととの対比において大きく異なる。
以上のようにして、本実施の形態に係る制御装置は、
(A)フューエルカット開始直前に、(1)下限KLまでKLを低下させてトルクを低下させ、(2)下限KLに到達すると、点火時期を遅角限界まで遅角側に変化させてトルクを低下させ、(3)遅角限界に到達すると、フューエルカットを実際に実行して、
(B)フューエルカットからの復帰直後から、(4)点火時期をベース点火時期まで進角側に変化させてトルクを上昇させ、(5)ベース点火時期に到達すると、KLを上昇させてトルクを上昇させる。このため、トルクディマンド型のエンジン制御システムにおけるフューエルカット開始時のショックを回避し、フューエルカットからの復帰時における加速ショックやヘジテーション(もたつき感)を回避することができる。
<第1の変形例>
以下、図8を参照して、本発明の実施の形態の第1の変形例について説明する。この変形例は、上述した実施の形態に加えて、以下のような特徴を備える。
アクセルオフ時において、ドライバ要求トルクはベーストルクまで低下させる。すなわち、ベーストルクでドライバ要求トルクを下限ガードする。図8に示すように、ドライバ要求トルクがベーストルクになっている。
ベーストルクに対応するエンジン回転数NEにおいて、インジェクタ126から噴射された燃料が着火する領域内(可燃領域内)で最も充填効率を低下させることができた点火時期において発生したトルクを発生限界トルク(下限トルク)として設定する。
このようにして、トライバ要求トルクが発生限界トルク未満であるという条件が満足されると、フューエルカットを実行する。トライバ要求トルクが発生限界トルク以上になるという条件が満足されると、フューエルカットから復帰する。
本変形例によると、上述した実施の形態と同様に、フューエルカット開始時のショックを回避し、フューエルカットからの復帰時における加速ショックやヘジテーション(もたつき感)を回避することができる。
<第2の変形例>
以下、図9を参照して、本発明の実施の形態の第2の変形例について説明する。この変形例は、上述した実施の形態に加えて、以下のような特徴を備える。
本変形例においては、ベーストルクを、(a)アイドル目標トルク(ISC目標トルク)から定められたトルク、(b)インジェクタ126からの噴射量限界(インジェクタ126の最小噴射量であって、燃料噴射時間と噴射される燃料量とがリニアな関係が成立しなくなる限界)から定められたトルク、(c)(エンジンオイル等の消費による)吸気管負圧限界×最遅角(遅角限界)から定められたトルクのなかで、最大のトルクを選択して、これをベーストルクとして採用する。
本変形例によると、上述した実施の形態の作用効果に加えて、確実に、インジェクタ126からの噴射量限界から定められたトルク、および(エンジンオイル等の消費による)吸気管負圧限界×最遅角(遅角限界)から定められたトルク、を保証することができるようになる。
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更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が搭載される車両の制御ブロック図である。 本発明の実施の形態に係る制御装置の制御ブロック図である。 図1のエンジンECUで実行されるフューエルカット開始時のプログラムの制御構造を表わすフローチャートである。 図1のエンジンECUで実行されるフューエルカット復帰時のプログラムの制御構造を表わすフローチャートである。 フューエルカット開始およびフューエルカット復帰を含むタイミングチャートである。 図5のフューエルカット開始時の拡大フローチャートである。 図5のフューエルカット復帰時の拡大フローチャートである。 本発明の実施の形態の第1の変形例に関するタイミングチャートである。 本発明の実施の形態の第2の変形例に関するベーストルクを示す図である。
符号の説明
100 エンジンECU、102A 第1の空燃比センサ、102B 第2の空燃比センサ、104 エアーフローメータ、106 水温センサ、108 排気通路、110 吸気通路、112 スロットルバルブ、114 スロットルモータ、116 スロットルポジションセンサ、118 エアクリーナ、120A 第1の三元触媒コンバータ、120B 第2の三元触媒コンバータ、122 冷却水通路、124 シリンダブロック、126 インジェクタ、128 ピストン、130 クランクシャフト、150 エンジン、152 吸気系、154 排気系、160 アクセルペダル開度センサ。

Claims (8)

  1. 車両に搭載されたトルクディマンド型の内燃機関の制御装置であって、
    前記車両の状態が予め定められたフューエルカット開始条件を満足すると、前記内燃機関への燃料供給を停止するフューエルカットの開始が可能であると判定するための判定手段と、
    前記フューエルカットの開始が可能であると判定されると、前記フューエルカットを実行する前において、前記内燃機関の発生トルクを低下させるように、少なくとも充填効率、トルクおよび内燃機関回転数の間に成立する関係を用いたトルクディマンド制御を実行するための制御手段とを含み、
    前記制御手段は、
    前記内燃機関の充填効率を下げて、前記内燃機関から発生するトルクを低下させるための充填効率制御手段と、
    前記内燃機関の充填効率を下げた後において、前記内燃機関の点火時期を遅角させて、前記内燃機関から発生するトルクを低下させるための点火時期制御手段とを含み、
    前記制御装置は、
    前記内燃機関の点火時期が遅角された後に、フューエルカットを実行するように、前記内燃機関を制御するためのフューエルカット制御手段をさらに含む、制御装置。
  2. 前記充填効率制御手段は、予め設定された下限値まで充填効率を下げるための手段を含む、請求項1に記載の制御装置。
  3. 前記点火時期制御手段は、予め設定された遅角限界まで点火時期を遅角するための手段を含む、請求項1に記載の制御装置。
  4. 前記点火時期制御手段は、現実の充填効率を用いて点火時期を算出して、予め設定された遅角限界まで点火時期を遅角するための手段を含む、請求項1に記載の制御装置。
  5. 前記フューエルカット制御手段は、前記内燃機関の点火時期が前記遅角限界まで遅角されると、フューエルカットを実行するように、前記内燃機関を制御するための手段を含む、請求項3または4に記載の制御装置。
  6. 車両に搭載され、フューエルカット制御に適したトルクディマンド型の内燃機関の制御装置であって、
    前記内燃機関への燃料供給を停止するフューエルカットを実行中に予め定められた条件が成立するとフューエルカットから復帰するように、前記内燃機関を制御するためのフューエルカット復帰制御手段と、
    前記フューエルカットからの復帰時において、前記内燃機関の発生トルクを上昇させるように、少なくとも充填効率、トルクおよび内燃機関回転数の間に成立する関係を用いたトルクディマンド制御を実行するための制御手段とを含み、
    前記制御手段は、
    前記内燃機関の点火時期を進角させて、前記内燃機関から発生するトルクを上昇させるための点火時期制御手段と、
    前記内燃機関の点火時期を進角した後において、前記内燃機関の充填効率を上げて、前記内燃機関から発生するトルクを上昇させるための充填効率制御手段とを含む、制御装置。
  7. 前記点火時期制御手段は、予め設定された基本点火時期まで点火時期を進角するための手段を含む、請求項6に記載の制御装置。
  8. 前記点火時期制御手段は、現実の充填効率を用いて点火時期を算出して、予め設定された予め設定された基本点火時期まで点火時期を遅角するための手段を含む、請求項6に記載の制御装置。
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