JP2009250039A - 内燃エンジンの燃料リカバリ時の運転制御方法及び運転制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料リカバリ時のさまざまなエンジン運転要素の制御に利用可能なエンジンの目標運転パラメータを提供する。
【解決手段】トルクをトルクコンバータ２を介して出力し、走行中に燃料カットを行なう車両用の内燃エンジン１の燃料リカバリ時の運転制御方法において、トルクコンバータ２のタービンランナ２Ｂの回転速度とポンプインペラ２Ａの回転速度との速度比ｅを計算し、速度比ｅからトルクコンバータ２の容量係数Ｃを計算する。ポンプインペラ２Ａの回転速度Ｎｉｍｐとトルクコンバータ２の容量係数Ｃからトルクコンバータの損失トルクＴｌｏｓｓを計算し、損失トルクＴｌｏｓｓを用いて計算した内燃エンジン１の目標出力トルクＴｒｃｖに基づき燃料リカバリ時の内燃エンジン１の運転状態を制御する。
【選択図】図３

Description

この発明は、内燃エンジンのトルクをトルクコンバータを介して出力する駆動システムにおいて、燃料カットから燃料リカバリを行なう場合のエンジン運転制御に関する。

内燃エンジンのトルクをトルクコンバータを介して駆動輪に出力する車両の駆動システムにおいて、車両の減速時にエンジンへの燃料供給を停止する燃料カットが、燃料の消費を抑制するために広く行なわれている。燃料カット状態では、エンジン内で燃焼が行なわれないため、エンジンは惰性で回転している。

車両が減速から加速に転じる際は、エンジンへの燃料供給が再開され、エンジンは再び燃焼を行なう。これを燃料リカバリと称している。

車両の走行中にエンジンを再始動する燃料リカバリにおいて、エンジンは既に回転しているため、車両の停止状態でエンジンを始動する場合と比べて、始動に要する燃料供給量は少ない。言い換えれば、車両の停止状態でのエンジン始動と同じ目標出力トルクに基づき燃料を供給すると、エンジンが燃焼を開始すると同時に必要以上のトルクが出力され，ショックが発生してしまう。そのため、燃料リカバリの燃料供給量は、車両の停止状態でのエンジン始動時の燃料供給量よりも少なくする必要がある。

特許文献１はこうした燃料リカバリ時の燃料供給制御に関する提案を行なっている。すなわち、車両の停止状態でのエンジン始動時の燃料供給量に対して、所定の減少量を設定し，燃料リカバリ後の噴射回数の増加とともに減少量を減らして行く。そして、この減少量の変化率を車速に応じて変化させている。
特開平５−４４５５１号公報

特許文献１の発明は、燃料リカバリ時の燃料供給量に特化した発明である。しかしながら、燃料リカバリ時には燃料供給量以外に点火タイミングやスロットル開度など他のエンジン制御要素に関しても専用の制御を必要とすることがある。特許文献１の発明はこうした要求を満たすことはできない。

この発明の目的は、したがって、燃料リカバリ時に燃料供給量を含むさまざまなエンジン運転要素の制御に利用可能なエンジンの目標運転パラメータを提供することである。

以上の課題を解決するために、この発明はトルクコンバータを介してトルクを出力するとともに、走行中に燃料カットを行なう車両用の内燃エンジン、の燃料リカバリ時の運転制御方法において、トルクコンバータのポンプインペラの回転速度を検出し、トルクコンバータのタービンランナの回転速度を検出し、ポンプインペラの回転速度とタービンランナの回転速度との速度比を計算し、速度比からトルクコンバータの容量係数を計算し、ポンプインペラの回転速度とトルクコンバータの容量係数からトルクコンバータの損失トルクを計算し、損失トルクを用いて内燃エンジンの目標出力トルクを計算し、目標出力トルクに基づき燃料リカバリ時の内燃エンジンの運転状態を制御している。

燃料リカバリ時の目標運転パラメータとして計算された目標出力トルクは、燃料供給量、点火タイミング、スロットル開度など、燃料リカバリ時のさまざまなエンジン運転状態の制御に共通する目標値として用いることができる。また、トルクコンバータの損失トルクを計算し、損失トルクから内燃エンジンの目標出力トルクを計算し、目標出力トルクに基づき燃料リカバリ時のエンジンの運転状態を制御するので、燃料リカバリに伴うトルクショックを確実に防止できる。

図１はこの発明による内燃エンジンの燃料リカバリ時の運転制御装置の構成を示す。図２はこの発明を適用するトルクコンバータの縦断面を示す。

図１を参照すると、車両の内燃エンジン１のクランクシャフト６の回転トルクは、トルクコンバータ２を介してトランスミッション３の入力軸７に入力される。トランスミッション３は入力軸７の回転を選択された変速比のもとで変速してプロペラシャフト８に出力する。プロペラシャフト８の回転は減速器４で固定減速比のもとで減速した後にタイヤ５に伝達される。

図２を参照すると、トルクコンバータ２は、クランクシャフト６に結合したポンプインペラ２Ａと、トランスミッション３の入力軸７に結合したタービンランナ２Ｂとの間で流体を介してトルクを伝達する公知のメカニズムである。トルクコンバータ２はポンプインペラ２Ａとタービンランナ２Ｂとを直結するロックアップクラッチ９を備える。

内燃エンジン１への燃料供給制御、内燃エンジン１のスロットル開度の制御、内燃エンジン１の点火タイミング制御は、エンジンコントロールユニット（以下ＥＣＵと略称する）１０により行なわれる。ＥＣＵ１０はロックアップクラッチ９の締結と解放も合わせて実行する。ただし、以下の説明では、この発明に関連するＥＣＵ１０の制御機能についてのみ説明する。

ＥＣＵ１０は走行中の車両が減速すると、内燃エンジン１への燃料供給を停止する、いわゆる燃料カット行なうように予めプログラムされる。燃料カット中の車両はブレーキによる制動が行なわれるまで惰性で走行し、内燃エンジン１は燃焼を行なわずに惰性で回転する。

燃料カット状態で、例えば車両のドライバがアクセルペダルを踏むなどして、内燃エンジン１への燃料供給の再開、すなわち燃料リカバリが指示されると、ＥＣＵ１０は内燃エンジン１への燃料供給を再開し、内燃エンジン１における混合気の燃焼を再開する。この燃焼再開のための燃料供給制御を以下の説明では燃料リカバリ制御と称する。

ＥＣＵ１０は中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラを複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。

燃料リカバリ制御を行なうために、ＥＣＵ１０には、ポンプインペラ２Ａの回転速度Ｎｉｍｐを検出する回転速度センサ１１、タービンランナ２Ｂの回転速度Ｎｔｂｎを検出する回転速度センサ１２、タイヤ５の回転速度を検出する回転速度センサ１３、内燃エンジン１の潤滑油温度を検出する油温センサ１４、及びトランスミッション３の油温を検出する油温センサ１５から、それぞれの検出信号が信号回路を介して入力される。

図３はＥＣＵ１０が実行する燃料リカバリ時の内燃エンジンの運転制御ルーチンを示す。図４はＥＣＵ１０が格納する容量係数Ｃのマップの内容を示す。図５はＥＣＵ１０が格納する内燃エンジン１のフリクショントルクＴｆｒｃのマップの内容を示す。

図３を参照して、ＥＣＵ１０が実行する燃料リカバリ時の内燃エンジンの運転制御ルーチンを説明する。このルーチンは燃料カット中に内燃エンジン１の所定のクランク角ごとに実行される。

図３のプロセス（Ａ）は運転制御装置がタービンランナ２Ｂの回転速度Ｎｔｂｎを検出する回転速度センサ１２を備えている場合にＥＣＵ１０が実行する処理を示す。プロセス（Ｂ）は運転制御装置が回転速度センサ１２を備えていない場合にＥＣＵ１０が実行する処理を示す。ステップＳ１０３以降の処理はプロセス（Ａ）と（Ｂ）で共通である。

燃料リカバリ制御は、燃料カット中にプロセス（Ａ）のステップＳ１０１またはプロセス（Ｂ）のステップＳ２０１で、燃料リカバリ要求がＥＣＵ１０に入力されることで実質的に開始される。燃料リカバリ信号はアクセルペダルの踏み込み、あるいは内燃エンジン１の回転速度の低下を契機として発せられる。燃料リカバリ要求が入力されない場合には、ＥＣＵ１０は直ちにルーチンを終了する。

プロセス（Ａ）のステップＳ１０２で、ＥＣＵ１０は回転速度センサ１２の入力信号からタービンランナ２Ｂの回転速度Ｎｔｂｎを検出する。

一方、プロセス（Ｂ）においては、ＥＣＵ１０はステップＳ２０２−Ｓ２０４でタービンランナ２Ｂの回転速度Ｎｔｂｎを計算する。

ステップＳ２０２では回転速度センサ１３の入力信号からタイヤ５の回転速度を検出する。ステップＳ２０３では、タイヤ５の回転速度と、予め判明しているタイヤの径と減速器４の減速比とから、プロペラシャフト８の回転速度を計算する。ステップＳ２０４では、プロペラシャフト８の回転速度とトランスミッション３の変速比からタービンランナ２Ｂの回転速度Ｎｔｂｎを計算する。

このように、ステップＳ１０２に代えてステップＳ２０２−Ｓ２０４を設けることで、回転速度センサ１２を省略することができる。

さて、プロセス（Ａ）のステップＳ１０２またはプロセス（Ｂ）のステップＳ２０２−Ｓ２０４でタービンランナ２Ｂの回転速度Ｎｔｂｎを検出した後、ＥＣＵ１０はステップＳ１０３でロックアップクラッチ９がロックアップ状態かどうか、すなわちロックアップクラッチ９が締結されているかどうか、を判定する。ロックアップクラッチ９がロックアップ状態の場合には、ＥＣＵ１０はステップＳ１１２でトルクコンバータ２の損失トルクＴｌｏｓｓをゼロに設定した後、ステップＳ１１０の処理を行なう。

ロックアップクラッチ９がロックアップ状態でない場合、すなわちロックアップクラッチ９が解放されている場合には、ＥＣＵ１０はステップＳ１０４−Ｓ１０９の処理を行なう。

ステップＳ１０４では、回転速度センサ１１の入力信号からポンプインペラ回転速度Ｎｉｎｐを検出する。

ステップＳ１０５では、ポンプインペラ回転速度Ｎｉｎｐとタービンランナ回転速度Ｎｔｂｎの速度比ｅを次式（１）で計算する。
ｅ＝Ｎｔｂｎ／Ｎｉｍｐ ・・・（１）

ステップＳ１０６で、ＥＣＵ１０はあらかじめＲＯＭに格納された図４の実線に示す内容のマップを検索して、速度比ｅに対応する容量係数Ｃを求める。

図４を参照すると、容量係数Ｃは速度比ｅがゼロから１の間では、正の値をとる。速度比ｅがゼロから１の間にある場合は、ポンプインペラ２Ａからタービンランナ２Ｂにトルクが伝達されていることを意味する。容量係数Ｃは速度比ｅが１を超えると負の値をとる。速度比ｅが１を超える場合とは、タービンランナ２Ｂの回転速度がポンプインペラ２Ａの回転速度を上回っている場合であり、タービンランナ２Ｂの回転によりポンプインペラ２Ａの回転がアシストされる状態を意味する。燃料リカバリは一般にこの状態で行なわれる。

ステップＳ１０７では、ＥＣＵ１０は温度センサ１４の入力信号から内燃エンジン１の潤滑油温度を検出し、油温センサ１５の入力信号からトランスミッション３の油温を検出する。ＥＣＵ１０はこれらの温度に基づきトルクコンバータ２のトルクコンバータオイルの温度を計算する。

ステップＳ１０８では、ＥＣＵ１０はトルクコンバータオイルの温度から、あらかじめＲＯＭに格納されたマップを検索して温度補正係数を求める。容量係数Ｃを補正する。この温度補正の内容を以下に説明する。

トルクコンバータ２のトルクコンバータオイルの粘性はトルクコンバータオイルの温度が低下するにつれて増加する。結果として、容量係数Ｃもトルクコンバータオイルの温度によって異なり、低温時の容量係数Ｃは図４の破線に示すように、実線に示す通常時の容量係数Ｃと比較して絶対値が大きくなる。温度補正係数は１より大きな値であり、容量係数Ｃに温度補正係数を乗じることで、容量係数Ｃの絶対値が例えば図４の破線に示すように、トルクコンバータオイルの低温時ほど大きくなるようにするのである。

ステップＳ１０９では、公知の次式（２）によりトルクコンバータ２の損失トルクＴｌｏｓｓを計算する。
Ｔｌｏｓｓ＝Ｃ・Ｎｉｍｐ² ・・・（２）

車両の走行中であって、ロックアップクラッチ９が解放され、燃料カットが行なわれている場合には、トルクコンバータ２においてはタービンランナ２Ｂがポンプインペラ２Ａより高速で回転している。図４の速度比ｅが１を超える場合がこれに相当する。この場合には容量係数Ｃは負の値となり、トルクコンバータ２の損失トルクＴｌｏｓｓも負の値となる。

車両の走行中であって、ロックアップクラッチ９が解放され、内燃エンジン１の出力トルクでプロペラシャフト８が駆動されている場合には、トルクコンバータ２においてポンプインペラ２Ａがタービンランナ２Ｂより高速で回転している。図４の速度比ｅがゼロから１の間の場合がこれに相当する。この場合には容量係数Ｃは正の値となり、トルクコンバータ２の損失トルクＴｌｏｓｓも正の値をとる。

一方，ＥＣＵ１０はステップＳ１１３でドライバ要求回転変化率ｄＮｅｎｇ／ｄｔを読み込む。ドライバ要求回転変化率ｄＮｅｎｇ／ｄｔは車両のドライバがアクセラレータペダルの踏み込みを通じて入力する内燃エンジン１の回転速度の要求上昇率を意味する。ドライバ要求回転変化率ｄＮｅｎｇ／ｄｔが大きいほど、ドライバが内燃エンジン１の回転速度の急速な上昇を求めていることを示す。ドライバ要求回転変化率ｄＮｅｎｇ／ｄｔは、内燃エンジン１の通常の運転制御に必要な値であり、公知の概念である。ここではＥＣＵ１０は別ルーチンで計算された値を読み込むものとする。なお、ドライバ要求回転変化率ｄＮｅｎｇ／ｄｔは時間変化率であるが、内燃エンジン１の一回転ごとの変化率として表すことも可能である。

ＥＣＵ１０は、ステップＳ１０９またはＳ１１２でトルクコンバータ２の損失トルクＴｌｏｓｓを計算し、ステップＳ１１３でドライバ要求回転変化率ｄＮｅｎｇ／ｄｔを読み込んだ後、ステップＳ１１０で次式（３）を用いて内燃エンジン１の目標出力トルクＴｒｃｖを計算する。
Ｔｒｃｖ＝Ｉｅ・（ｄＮｅｎｇ／ｄｔ）＋Ｔｆｒｃ＋Ｔｌｏｓｓ ・・・（３）

ただし、Ｉｅ＝内燃エンジン１のクランクシャフト、ポンプインペラ２Ａ、及び補機の慣性重量；
ｄＮｅｎｇ／ｄｔ＝ドライバ要求回転変化率；
Ｔｆｒｃ＝内燃エンジン１のフリクショントルク；
Ｔｌｏｓｓ＝トルクコンバータ２の損失トルク。

図５を参照して内燃エンジン１のフリクショントルクＴｆｒｃについて説明する。フリクショントルクＴｆｒｃは内燃エンジン１が摩擦抵抗に打ち勝って回転するために必要なトルクを意味する。フリクショントルクＴｆｒｃは内燃エンジン１の油温に依存する。また低速回転領域に限って回転速度にも依存する。すなわち。図に示すように油温が低いほど大きく、低速回転領域では回転速度が低いほど大きい。フリクショントルクＴｆｒｃは燃料リカバリを含むすべての運転条件において正の値となる。

ＥＣＵ１０のＲＯＭにはあらかじめ図５に示す特性のマップが格納される。ＥＣＵ１０はステップＳ１１３において、式（３）の計算に先立ってポンプインペラ２Ａの回転速度Ｎｉｍｐから内燃エンジン１の回転速度を求め、油温センサ１４が検出した内燃エンジン１の潤滑油温度と回転速度から、マップを参照して内燃エンジン１のフリクショントルクＴｆｒｃを求める。

式（３）の慣性重量Ｉｅは既知の値である。ＥＣＵ１０はこれらの値を用いて式（２）の計算を行なって、内燃エンジン１の目標出力トルクＴｒｃｖを計算する。

ステップＳ１１１で、ＥＣＵ１０は計算した内燃エンジン１の目標出力トルクＴｒｃｖが実現するように、内燃エンジン１の燃料供給量、点火タイミング、スロットル開度、バルブタイミングなどを制御する。

燃料リカバリにおいては、式（３）に用いるトルクコンバータ２の損失トルクＴｌｏｓｓが負の値となる。したがって、燃料リカバリにおいては、例えば車両が停止した状態で内燃エンジン１を始動する場合と比べて、算出される目標出力トルクＴｒｃｖは小さな値となる。特に通常運転時と燃料リカバリ時とで異なるトルクコンバータ２の損失トルクＴｌｏｓｓを目標出力トルクＴｒｃｖの計算に反映させることで、目標出力トルクＴｒｃｖを正確に計算することができる。さらに、トルクコンバータ２の油温や、内燃エンジン１の潤滑油温度に基づき目標出力トルクＴｒｃｖの計算に反映させるので、目標出力トルクＴｒｃｖをさらに精度良く計算することができる。このようにして計算された目標出力トルクＴｒｃｖに基づき、内燃エンジン１の運転を制御することで、燃料リカバリに伴うトルクショックを確実に防止できる。また、目標出力トルクＴｒｃｖに基づき、内燃エンジン１の制御を行なうことで燃料消費を抑えることができる。

内燃エンジン１の運転制御は燃料供給量、点火タイミング、スロットル開度、バルブタイミングなどさまざまなパラメータに関して行なわれるが、目標出力トルクＴｒｃｖはこれらのすべてのパラメータの制御指標として利用することができる。したがって、内燃エンジン１の燃料リカバリ時の制御を精度良く効率的に行なうことができる。

この発明は、以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。

例えば、図３のステップＳ１０３では、トルクコンバータ２がロックアップ状態かどうかを判定し、ロックアップ状態の場合には、ステップＳ１１２でトルクコンバータ２の損失トルクをゼロに設定している。

ロックアップ状態では、速度比ｅが１となり、容量係数Ｃがゼロとなるので、ステップＳ１０９で計算される損失トルクＴｌｏｓｓもゼロになるはずである。

ステップＳ１０３とＳ１１２を設けた理由は、計算負荷の低減と、計算アルゴリズムに起因してロックアップ状態における損失トルクＴｌｏｓｓが必ずしもゼロにならない可能性を考慮したためである。したがって、ステップＳ１０３とＳ１１２は必須ではなく、省略することも可能である。

この発明によ燃料リカバリ時の内燃エンジンの運転制御装置の構成を説明するブロックダイアグラムである。 この発明を適用するトルクコンバータの縦断面図である。 ＥＣＵが実行する燃料リカバリ時の内燃エンジンの運転制御ルーチンを説明するフローチャートである この発明によるエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）が格納する容量係数Ｃのマップの内容を説明するダイアグラムである。 ＥＣＵが格納する内燃エンジンのフリクショントルクＴｆｒｃのマップの内容を説明するダイアグラムである。

符号の説明

１ 内燃エンジン
２ トルクコンバータ
３ トランスミッション
６ クランクシャフト
７ 変速機入力軸
１０ ＥＣＵ
１１ 回転速度センサ
１２ 回転速度センサ
１３ 回転速度センサ
１４ 油温センサ
１５ 油温センサ

Claims (10)

1. トルクコンバータを介してトルクを出力するとともに、走行中に燃料カットを行なう車両用の内燃エンジンの燃料リカバリ時の運転制御方法において、
   トルクコンバータのポンプインペラの回転速度を検出し；
   トルクコンバータのタービンランナの回転速度を検出し；
   タービンランナの回転速度とポンプインペラの回転速度との速度比を計算し；
   速度比からトルクコンバータの容量係数を計算し；
   ポンプインペラの回転速度とトルクコンバータの容量係数からトルクコンバータの損失トルクを計算し；
   損失トルクから内燃エンジンの目標出力トルクを計算し；
   目標出力トルクを用いて燃料リカバリ時の内燃エンジンの運転状態を制御する；
   ことを特徴とする内燃エンジンの燃料リカバリ時の運転制御方法。
2. 車速を検出し、トルクコンバータの容量係数を、速度比と車速に基づき計算することを特徴とする請求項１に記載の内燃エンジンの燃料リカバリ時の運転制御方法。
3. トルクコンバータの容量係数は速度比が１の場合にゼロとなり、速度比が１より小さい場合には正の値をとり、速度比が１より大きい場合には負の値をとることを特徴とする請求項２に記載の内燃エンジンの燃料リカバリ時の運転制御方法。
4. トルクコンバータの損失トルクを次式（ア）により計算することを特徴とする請求項３に記載の内燃エンジンの燃料リカバリ時の運転制御方法。
   Ｔｌｏｓｓ＝Ｃ・Ｎｉｎｐ２ ・・・（ア）
   ただし、Ｔｌｏｓｓ：損失トルク；
   Ｃ：容量係数；
   Ｎｉｎｐ：ポンプインペラ回転速度。
5. 目標出力トルクを次式（イ）により計算することを特徴とする請求項４に記載の内燃エンジンの燃料リカバリ時の運転制御方法。
   Ｔｒｃｖ＝Ｉｅ・（ｄＮｅｎｇ／ｄｔ）＋Ｔｆｒｃ＋Ｔｌｏｓｓ ・・・（イ）
   ただし、Ｔｒｃｖ：目標出力トルク；
   ｄＮｅｎ／ｄｔｇ：ドライバ要求回転上昇率；
   Ｉｅ：予め与えられる駆動系の慣性重量；
   Ｔｆｒｃ：予め与えられるフリクショントルク；
   Ｔｌｏｓｓ：損失トルク。
6. トルクコンバータがロックアップしているかどうかを検出し、トルクコンバータがロックアップしている場合には損失トルクをゼロに設定することを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載の内燃エンジンの燃料リカバリ時の運転制御方法。
7. トルクコンバータの油温を検出し、油温に基づきトルクコンバータの容量係数を補正することを特徴とする請求項２から６のいずれかに記載の内燃エンジンの燃料リカバリ時の運転制御方法。
8. 内燃エンジンの回転速度と潤滑油温度を検出し，フリクショントルクを内燃エンジンの回転速度と潤滑油温度に基づき計算することを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の内燃エンジンの燃料リカバリ時の運転制御方法。
9. 内燃エンジンの運転状態は燃料噴射量、点火タイミング、スロットル開度、及びバルブタイミングの少なくともひとつを含むことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の内燃エンジンの燃料リカバリ時の運転制御方法。
10. トルクコンバータを介してトルクを出力するとともに、走行中に燃料カットを行なう車両用の内燃エンジンの燃料リカバリ時の運転制御装置において、
    トルクコンバータのポンプインペラの回転速度を検出する手段と；
    トルクコンバータのタービンランナの回転速度を検出する手段と；
    タービンランナの回転速度とポンプインペラの回転速度との速度比を計算する手段と；
    速度比からトルクコンバータの容量係数を計算する手段と；
    ポンプインペラの回転速度とトルクコンバータの容量係数からトルクコンバータの損失トルクを計算する手段と；
    損失トルクから内燃エンジンの目標出力トルクを計算する手段と；
    目標出力トルクを用いて燃料リカバリ時の内燃エンジンの運転状態を制御する手段と；
    を備えたことを特徴とする内燃エンジンの燃料リカバリ時の運転制御装置。

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