JP2010185385A - エンジンの制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】排ガス空燃比AF1に基づいてエンジンの燃料噴射量Finjを調整するフィードバック(FB)噴射制御実行手段47と、排ガス空燃比AF1に基づかずに燃料噴射量Finjを調整するオープンループ(OL)噴射制御実行手段48と、エンジンを自動停止/自動再始動させる自動停止再始動手段41と、排気系の温度に相関する排気系温度指標値CTをエンジン自動停止中は減算補正する温度指標値補正手段44と、FB噴射制御実行手段47およびOL噴射制御実行手段48を制御する噴射制御モード選択手段52と、エンジンが自動再始動され且つ温度指標値CTが排気系温度閾値CTthを上回ると排ガス空燃比センサ28が活性状態にあるとみなすセンサ活性判定手段51とを備えて構成する。
【選択図】図1
Description
ここで、フィードバック制御とは、排気系に設けられたO2センサやLAFS(Linear A/F Sensor)といった空燃比センサによって検出された排ガス空燃比に基づいて燃料噴射量の目標値(即ち、目標燃料噴射量)を調整する制御である。一方、オープンループ制御とは、空燃比センサの検出結果には拠らずに目標燃料噴射量を調整する制御である。
そこで、このような事態を防ぐため、空燃比センサの活性化が完了し、空燃比センサの検出精度が高まるまでは、フィードバック制御の実行を禁止、即ち、オープンループ制御を実行する手法が採られるのである。もっとも、オープンループ制御では、排ガス空燃比を正確に調整することは困難である。つまり、オープンループ制御の実行中は、フィードバック制御の実行中に比べ、触媒の浄化効率が低下し、大気に放出される排ガスの性能が低下してしまうおそれがある。このため、オープンループ制御を実行する期間は、出来るだけ短くすることが好ましい。
ところで近年、地球環境保護の観点から、車両に搭載されたエンジンのアイドリング期間を短くすることで、エンジンから排出される排ガス量を低減することを狙った技術、いわゆる、アイドルストップ制御に関する技術に注目が集まっている。そして、このような、アイドルストップ制御を採用した車両においては、当然に、エンジンは自動停止と自動再始動とを頻繁に繰り返すこととなる。
しかしながら、アイドルストップ制御により車両のエンジンの燃費を向上させることや、エンジンから排出される排ガスの性能向上についてのニーズは近年ますます強くなっており、特許文献1の技術では、このようなニーズを十分に満たすものではない。
逆に、オープンループ制御を過剰に禁止してしまうと、フィードバック制御が精度の低い状態で実行されることを許容することとなり、排ガス性能の低下を招くだけではなく、エンジンの運転安定性を損なうおそれもある。
本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、自動再始動後におけるエンジンの運転安定性を確保しながら、排ガス性能の低下を抑制することが出来る、エンジンの制御装置を提供することを目的とする。
また、エンジンがマニュアル始動された場合は、自動再始動された場合よりも、排ガス空燃比センサが冷えている、即ち、排ガス空燃比センサが不活性である可能性が高い。このため、エンジンがマニュアル始動された場合は、排ガス空燃比センサの状態を直接的に示す排ガス空燃比センサの検出結果に応じて、排ガス空燃比センサが活性化状態にあるか否かを判定する検出するようになっている。これにより、エンジンがマニュアル始動された場合であっても、排ガス空燃比センサが活性状態にあるか否かを正確に判定することが出来る。(請求項2)
また、排ガス空燃比センサが、活性状態にあると一旦は判定されたとしても、その後、排ガス空燃比センサからの出力電圧が比較的低い期間が続く状況であれば、排ガス空燃比センサは不活性状態である可能性が高い。このため、排ガス空燃比センサからの出力電圧が第1判定期間に亘って閾値電圧未満である場合に、該排ガス空燃比センサは不活性状態にあるとみなすようになっている。これにより、排ガス空燃比センサの活性化判定の精度を向上させることが出来る。(請求項3)
吸気弁14は、クランク軸7の回転に応じて回転する吸気カムシャフト(図示略)の吸気カム(図示略)の動作に応じて開閉し、燃焼室4に対して吸気ポート5を開閉するようになっている。
排気弁24は、クランク軸7の回転に応じて回転する排気カムシャフト(図示略)の排気カム(図示略)の動作に応じて開閉し、燃焼室4に対して排気ポート6を開閉するようになっている。
また、このエンジン1には、エンジン1の内部に形成されたウォータジャケット(図示略)を流通する冷却水の温度WTを検出する冷却水温センサ12が設けられている。なお、この冷却水温センサ12による検出結果WTは、後述するECU(Electric Control Unit)40に読み込まれるようになっている。
吸気ポート5には、吸気マニホールド15の下流端が接続されている。
吸気マニホールド15には、スロットルバルブ16が設けられるとともに、このスロットルバルブ16の開度(スロットルバルブ開度)θを検出するスロットルポジションセンサ17が設けられている。
さらに、吸気マニホールド15よりも上流側における吸気管(吸気通路)19には、エアフローセンサ(吸気量センサ)20が設けられている。このエアフローセンサ20は、吸気管19を通過して吸気マニホールド15に流れ込む吸気量Qinを検出するものであって、検出結果は後述するECU40によって読み込まれるようになっている。
排気ポート6には、排気マニホールド(排気系)25の上流端が接続されている。
排気マニホールド25の下流端には、排気管(排気系)26が接続されている。また、この排気管26には、排ガス浄化触媒として三元触媒(排気系)27が介装されている。
三元触媒27の上流側における排気管26には、上流O2センサ(排ガス空燃比検出手段,排ガス空燃比センサ,上流排ガス空燃比センサ)28が設けられている。また、三元触媒27の下流側における排気管26には、下流O2センサ(排ガス空燃比検出手段,排ガス空燃比センサ,下流排ガス空燃比センサ)29が設けられている。
下流O2センサ29は、三元触媒27から排出され、大気に放出される排ガス空燃比である下流側空燃比AF2を検出するものである。
また、これらの上流O2センサ28や下流O2センサ29は、いずれもセラミック製の検出素子を備えており、センサ活性化温度(第1活性化温度;例えば、300℃程度)に昇温されると活性化する特性を有している。
また、下流O2センサ29には、下流O2センサ29の検出素子を昇温する下流ヒータ(昇温手段,下流センサ昇温手段)29Aが設けられている。
これらの上流ヒータ28Aおよび下流ヒータ29Aは、いずれも、車両10に搭載されたバッテリ(電源;図示略)から供給される電力により電気的に発熱するものである。なお、上流ヒータ28Aは、バッテリと上流ヒータ28Aとの間で電気的に介装された第1スイッチ(図示略)によりオン/オフされるようになっている。同様に、下流ヒータ29Aは、バッテリと下流ヒータ29Aとの間で電気的に介装された第2スイッチ(図示略)によりオン/オフされるようになっている。
また、この車両10の車輪(図示略)には、図示しない車輪速センサが設けられている。この車輪速センサは、車輪の回転速度を検出するものであって、検出結果はECU40によって読み込まれるようになっている。
このECU40は、いずれも図示しないメモリやCPU(Central Processing Unit)を有する電子制御ユニットである。また、このECU40のメモリには、いずれもソフトウェアとして、アイドル制御部(アイドル制御手段)41,排気系温度カウンタ値推定部(排気系温度指標値推定手段)42,燃料カット制御部(燃料カット制御手段)43およびカウンタ値補正部(温度指標値補正手段)44が記録されている。
さらに、図示はしないが、このECU40のメモリには、ソフトウェアとして、車速検出部も記録されている。
条件(1): ストップランプスイッチがオンである
条件(2): 車速Vsがゼロである
条件(3): シフトレバーがドライブ(D)ポジションにある
また、アイドル制御部41は、以下の条件(4)が満たされれば、自動再始動条件が満たされたと判定するようになっている。
なお、車速Vsは、車輪速センサにより検出された車輪の回転速度に基づいて車速検出部(図示略)が演算するようになっている。
排気系温度カウンタ値推定部42は、排気系温度カウンタ値CTを推定するものである。この排気系温度カウンタ値CTは、エンジン1の排気系(即ち、排気マニホールド25,排気管26および三元触媒27)の温度を示す指標である。そして、排気系温度カウンタ値推定部42は、エアフローセンサ20により検出されたエンジン1の吸気量Qinに応じて、この排気系温度カウンタ値CTを増大,低減あるいは維持することで、排気系温度カウンタ値CTを推定するようになっている。なお、本実施形態において、この排気系温度カウンタ値CTの下限値はゼロとして設定されている。したがって、排気系温度カウンタ値推定部42は、この排気系温度カウンタ値CTをゼロよりも小さい値として推定することはない。また、後述するカウンタ値補正部44も、排気系温度カウンタ値CTをゼロよりも小さい値に補正することはない。
また、排気系温度カウンタ値推定部42は、吸気量Qinが比較的少ない場合、所定周期T毎に排気系温度カウンタ値CTを1減算するようになっている。
燃料カット制御部43は、燃料カット条件が成立すると、燃料噴射弁21による燃料噴射を一時的に禁止する制御、即ち、燃料カット制御を実行するものである。
条件(5)アクセルペダルの踏み込み量Accが実質的にゼロであること
条件(6)エンジン回転数Neが所定回転数Ne1以上であること
なお、ここで、所定回転数Ne1は、アイドル回転数Ne0よりも少し高い回転数として設定されたものである。
カウンタ値補正部44は、排気系温度カウンタ値推定部42により推定された排気系温度カウンタ値CTを、エンジン1の運転状態に応じて補正するものである。
より具体的に、このカウンタ値補正部44は、アイドル制御部41によってエンジン1が自動停止されている間、排気系温度カウンタ値CTを第1度合R1(例えば、R1=2[2秒毎])で減算補正するようになっている。
さらに、このカウンタ値補正部44は、アイドル制御部41によってエンジン1が自動再始動している間(いわゆる、オートクランキング中)は、排気系温度カウンタ値CTを第3度合R3(例えば、R3=0[2秒毎])で補正するようになっている。
R3 < R1 < R2 ・・・(A)
また、フィードバック噴射制御部47は、スロットルポジションセンサ17によって検出されたスロットルバルブ開度θと、エアフローセンサ20によって検出された吸気量Qinと、上流O2センサ28により検出された排ガス空燃比AF1とに基づいて、燃料噴射弁21による燃料噴射量Finjを調整するフィードバック噴射制御を実行するものである。
具体的に、このセンサ活性判定部51は、アイドル制御部41によりエンジン1が自動再始動され、且つ、カウンタ値補正部44によって補正されたカウンタ値CTが下限閾値(排気系温度閾値)CTthを上回っている(CT>CTth)場合に、上流O2センサ28は活性状態にあるとみなすようになっている。なお、本実施形態において、下限閾値CTthは0として設定されている。
つまり、排気系温度カウンタ値CTが下限閾値CTth以下になったということは、上流O2センサ28により検出された上流側空燃比AF1の精度が低く、且つ、三元触媒27が活性化温度に達していない可能性が極めて高いのである。
一方、このセンサ活性判定部51は、エンジン1がマニュアル始動された場合、または、カウンタ値補正部44によって補正されたカウンタ値CTが下限閾値CTth以下である(CT≦CTth)場合、原則的に、上流O2センサ28は不活性状態にあるとみなすようになっている。
噴射制御モード選択部52は、フィードバック噴射制御実行部47およびオープンループ噴射制御実行部48を制御するものである。
条件(A): アイドル制御部41によりエンジン1が自動再始動された
条件(B): センサ活性判定部51により上流O2センサ28が活性状態にあるとみなされた
ここで、この噴射制御モード選択部52は、上記の条件(A)および(B)の双方が満たされていると判定した場合、即ち、エンジン1が自動再始動され、且つ、排気系温度カウンタ値CTが下限温度閾値CTthを上回っている場合は、直ちに、フィードバック噴射制御部47によるフィードバック噴射制御を実行させるようになっている。
本発明の一実施形態に係るエンジンの制御装置は上述のように構成されているので、以下のような作用および効果を奏する。
図2のフローチャートに示すように、まず、エンジン1が運転中である場合、ECU40がエアフローセンサ20によって検出された吸気量Qinを読み込む(ステップS11)。
その後、燃料カット制御部43が、上記の条件(5)および条件(6)の両方が満たされたか否か、即ち、燃料カット条件が満たされたか否か判定する(ステップS13)。
そして、燃料カット制御部43により燃料カット制御が実行されている間、カウンタ値補正部44が、排気系温度カウンタ値CTを第2度合R2(例えば、R2=10[2秒毎])で減算補正する(ステップS15)。
そして、カウンタ値補正部44は、アイドル制御部41によってエンジン1が自動停止されている間、排気系温度カウンタ値CTを第1度合R1(例えば、R1=2[2秒毎])で減算補正する(ステップS18)。
その後、アイドル制御部41は、上記の条件(4)が満たされたか否か、即ち、自動再始動条件が成立したか否かを判定する(ステップS19)。
そして、カウンタ値補正部44は、アイドル制御部41によってエンジン1が自動停止されている間、排気系温度カウンタ値CTを第3度合R3で補正し(ステップS21)、その後、リターンする。なお、本実施形態においては、第3度合R3が0として設定されている。このため、カウンタ値補正部44は、ステップS12において、排気系温度カウンタ値推定部42により推定された排気系温度カウンタ値CTを保持することとなる。
そして、排気系温度カウンタ値CTを考慮した上流O2センサ28の活性化判定に応じた噴射制御モードの選択制御は、図3のフローチャートに示すように実行される。
まず、センサ活性判定部51は、アイドル制御部41によりエンジン1が自動再始動されたか否かを判定する(ステップS51)。
ここで、補正後の排気系温度カウンタ値CTが、下限閾値CTthを上回っている場合(ステップS52のYesルート)、センサ活性判定部51は、上流O2センサ28が活性状態にあるとみなす(ステップS53)。
他方、上流O2センサ28の出力電圧が閾値電圧Eth以上である場合(ステップS56のNoルート)、センサ活性判定部51は、上流O2センサ28は活性状態にあるとみなし(ステップS53)、その後、噴射制御モード選択部52は、フィードバック噴射制御部47によるフィードバック噴射制御を実行させる(ステップS54)。
まず、車両10のドライバがシリンダキーをイグニッションポジションまで回転させることで、スタータモータによるクランキングが開始された(周期T1)。
その後、エンジン回転数Neがクランキング回転数Ne1(例えば、Ne1=600[rpm])以上になり、クランキングが完了する(周期T2)。その後、周期T3までエンジン1がアイドル運転を行なった。
その後、ドライバがアクセルペダルを緩め、スロットルバルブ開度θが20%程度になり、吸気量Qinが比較的多くもなく且つ少なくもなくなった(周期T4〜T8)。このため、排気系温度カウンタ値推定部42は、周期T4から周期T8までの間、排気系温度カウンタ値CTの加算も減算も行なわず、周期T4における排気系温度カウンタ値CTを保持する。
その後、アイドル制御部41が、エンジン1の自動再始動を行なった(周期T13)。このため、カウンタ値補正部44は、オートクランキングが行なわれている間、排気系温度カウンタ値CTを第3度合R3で補正する。もっとも、本実施形態において、第3度合R3は0であるので、カウンタ値補正部44は、排気系温度カウンタ値CTの補正を行なわない。
また、排気系温度カウンタ値CTは、自動停止している期間に応じて減算補正されるだけでなく、燃料カット制御部43により実行される燃料カット制御や、アイドル制御部41によるオートクランキングといった種々の状況に応じて補正されるようになっている。したがって、より正確に排気系の温度を推定することが出来る。
上流O2センサ28が、一旦は活性状態にあると判定されたとしても、その後、上流O2センサ28からの出力電圧が比較的低い期間が続く状況であれば、排上流O2センサ28は、故障あるいは温度低下のため不活性状態に陥った可能性が高い。このため、上流O2センサ28からの出力電圧が第1判定期間P1に亘って閾値電圧Eth未満である場合に、上流O2センサ28は不活性状態であるとみなし、上流O2センサ28の活性化判定の精度を向上させる。
これにより、エンジン1がマニュアル始動された場合であっても、上流O2センサ28の活性化判定の精度をより向上させることが出来る。
上述の実施形態においては、エアフローセンサ20により吸気量Qinを検出する場合について説明したが、このような場合に限定するものではない。例えば、エアフローセンサ20の代わりに、吸気マニホールド圧センサ18によって検出された吸気マニホールド15内の気圧Pinに基づいて、吸気量Qinを推定しても良い。
また、上述の実施形態においては、エンジン1が自然吸気方式のものである場合について説明したが、これに限定するものではない。例えば、エンジン1がターボチャージャやスーパーチャージャといった過給機を備えたものであってもよい。
また、上述の実施形態においては、車両10に遊星歯車機構のオートマチックトランスミッションが搭載されている場合を説明したが、これに限定するものではない。例えば、CVT(Continuously Variable Transmission)を有するオートマチックトランスミッションであってもよいし、オートマチックトランスミッションに換えてマニュアルトランスミッションを用いるようにしてもよい。なお、車両10にマニュアルトランスミッションを搭載した場合、上述した条件(1)〜(3)に換えて、以下の条件(1a)〜(3a)を自動停止条件の一部として設定すればよい。そして、アイドル制御部41が、以下の条件(1a)〜(3a)が満たされた場合に、自動停止条件が満たされたと判定するようにすればよい。
条件(2a): クラッチペダルが解放されている
条件(3a): 車速Vsがゼロである
また、車両10にマニュアルトランスミッションを搭載した場合、上述した条件(4)に換えて、以下の条件(4a)を自動再始動条件として設定すればよい。そして、アイドル制御部41が、以下の条件(4a)が満たされた場合に、自動再始動条件が満たされたと判定するようにすればよい。
また、上述の実施形態においては、アイドル制御部41が、上記の条件(1)〜(3)が満たされれば、自動停止条件が満たされたと判定するようになっている場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、以下の条件(9)および(10)が満たされると、自動停止条件が満たされたと判定されるようにしても良い。
条件(10): シフトレバーがパーキング(P)またはニュートラル(N)ポジションにある
また、上述の実施形態においては、アイドル制御部41が、上記の条件(4)が満たされれば、自動再始動条件が満たされたと判定するようになっている場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、上記の条件(9)および(10)が満たされたことにより、エンジン1が自動停止した場合には、以下の条件(11)および(12)が満たされると、自動再始動条件が満たされたと判定されるようにしても良い。
条件(12): シフトレバーがドライブ(D),リバース(R),セカンド(2nd)またはファースト(1st)ポジションに変更された
また、上述の実施形態においては、上記の条件(5)および(6)の両方が満たされた場合に燃料カット制御部43が燃料カット制御を実行する場合について説明したが、これは、車両10が減速する場合に実行される燃料カット制御(いわゆる、減速時燃料カット)であって、これに限定するものではない。例えば、燃料カット制御として、エンジン1が過回転することを抑制するための燃料カット制御(いわゆる、オーバーレボカット)が実行されるようにしてもよい。
また、上述の実施形態においては、車両10のドライバがシリンダキー(図示略)をイグニッションポジションまで回転させることで作動したスタータモータによるクランキングによるエンジン1の始動をマニュアル始動という場合を説明した。しかしながら、シリンダキーに代えて、エンジンスタートボタン(図示略)を車両10に設けるようにする場合もあり得る。この場合、エンジンスタートボタンが押下されたことによるクランキングでエンジン1が始動した場合もマニュアル始動に該当する。つまり、シリンダキーおよびエンジンスタートボタンは、エンジン1をマニュアル始動させる手段(マニュアル始動手段)に該当する。
また、上述の実施形態においては、排気系温度カウンタ値CTは、エンジン1の排気系の温度を模擬的に示す指標として用いた場合を説明したがこれに限定するものではない。例えば、排気系に設けられた触媒や、排気系に設けられた部品の温度を仮想的に示す指標としてこの排気系温度カウンタ値CTを用いても良い。
10 車両
25 排気マニホールド(排気系)
26 排気管(排気系)
27 三元触媒(排気系)
28 上流O2センサ(排ガス空燃比センサ)
41 アイドル制御部(自動停止再始動手段)
42 排気系温度カウンタ値推定部(排気系温度指標値推定手段)
44 カウンタ値補正部(温度指標値補正手段)
47 フィードバック噴射制御実行部(フィードバック噴射制御実行手段)
48 オープンループ噴射制御実行部(オープンループ噴射制御実行手段)
51 センサ活性判定部(センサ活性判定手段)
52 噴射制御モード選択部(噴射制御モード選択手段)
AF1 排ガス空燃比
CT 排気系温度カウンタ値(排気系温度指標値)
Eth 閾値電圧
Finj エンジンの燃料噴射量
P1 第1判定期間
P2 第2判定期間
Claims (3)
- 車両に搭載されたエンジンの制御装置であって、
第1活性化温度以上に昇温されると活性し該エンジンの排ガス空燃比を検出する排ガス空燃比センサと、
該排ガス空燃比センサにより検出された該排ガス空燃比に基づいて該エンジンの燃料噴射量を調整するフィードバック噴射制御を実行するフィードバック噴射制御実行手段と、
該排ガス空燃比に基づかないオープンループ噴射制御を実行することで該エンジンの燃料噴射量を調整するオープンループ噴射制御実行手段と、
自動停止条件が成立すると該エンジンを自動停止させ、該自動停止後に自動再始動条件が成立すると該エンジンを自動再始動させる自動停止再始動手段と、
該エンジンの排気系の温度に相関する排気系温度指標値を推定する排気系温度指標値推定手段と、
該自動停止再始動手段によって該エンジンが自動停止している間は該排気系温度指標値推定手段により推定された該排気系温度指標値を減算補正する温度指標値補正手段と、
該フィードバック噴射制御実行手段および該オープンループ噴射制御実行手段を制御する噴射制御モード選択手段と、
該自動停止再始動手段により該エンジンが自動再始動され且つ該温度指標値補正手段によって補正された該排気系温度指標値が排気系温度閾値を上回っている場合に、該排ガス空燃比センサが活性状態にあると判定するセンサ活性判定手段とを備え、
該噴射制御モード選択手段は、
該自動停止再始動手段により該エンジンが自動再始動されると、
該センサ活性判定手段により該排ガス空燃比センサが活性状態にあると判定された場合、該フィードバック噴射制御実行手段による該フィードバック噴射制御を実行させ、
該センサ活性判定手段により該排ガス空燃比センサは活性状態にあると判定されなかった場合、該オープンループ噴射制御実行手段による該オープンループ噴射制御を実行させる
ことを特徴とする、エンジンの制御装置。 - 該車両のドライバに操作され該エンジンをマニュアル始動するマニュアル始動手段を備え、
該センサ活性判定手段は、
該マニュアル始動手段により該エンジンがマニュアル始動されると、該排ガス空燃比センサからの検出結果に基づいて該排ガス空燃比センサが活性状態にあるか否かを判定する
ことを特徴とする、請求項1記載のエンジンの制御装置。 - 該センサ活性判定手段は、
該エンジンが該自動停止再始動手段により自動再始動されたか或いは該マニュアル始動手段によりマニュアル始動されたかに関わらず、該排ガス空燃比センサが活性状態にあると判定した後、
該排ガス空燃比センサからの出力電圧が第1判定期間に亘って閾値電圧未満である場合に、該排ガス空燃比センサは不活性状態にあると判定する
ことを特徴とする、請求項2記載のエンジンの制御装置。
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