JP2016031058A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両に搭載される内燃機関の気筒における失火の有無の判定精度を高める。
【解決手段】車両に搭載される内燃機関の所定回転角度あたりの回転速度の低下量が判定閾値を上回るか否かに基づいて、内燃機関の気筒における失火の発生の有無を判定するものにおいて、車両のタイヤの変形を検知した場合、そうでない場合と比較して判定閾値を引き上げることとした。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関が搭載された車両の制御装置に関する。

内燃機関の出力軸であるクランクシャフトが所定角度回転するのに要した時間を反復的に計測して回転速度の低下量を求め、この低下量が判定閾値を上回ったときに、気筒内で失火が発生したと判定する失火判定方法が公知である（例えば、下記特許文献を参照）。

特開２０１２−０７７７００号公報

車両の急制動によりタイヤの回転がロックされた状態でタイヤが路面に対して摺動すると、タイヤの路面に接触している部分のみが摩耗する。また、極めて長期間（例えば、数ヶ月ないし一年以上）に亘る駐車によっても、タイヤが塑性変形を起こす。

タイヤが非可逆的に変形すると、内燃機関の回転速度にタイヤの回転周期に合致したうねりのような変動（振動）が発生する。そして、この回転速度の変動が、内燃機関の気筒における失火の有無の判定に悪影響を及ぼすことがあり得る。即ち、失火を生じていないにもかかわらず、内燃機関の回転速度の低下量が瞬時的に判定閾値を上回ってしまい、失火が発生したと誤判定してしまう懸念があった。

本発明は、以上の問題に初めて着目してなされたものであり、車両に搭載される内燃機関の気筒における失火の有無の判定精度を高めることを所期の目的としている。

上述の課題を解決するべく、本発明では、車両に搭載される内燃機関の所定回転角度あたりの回転速度の低下量が判定閾値を上回るか否かに基づいて、内燃機関の気筒における失火の発生の有無を判定するものであって、車両のタイヤの変形を検知した場合、そうでない場合と比較して前記判定閾値を引き上げる車両の制御装置を構成した。

車両のタイヤの変形の有無は、例えば、車両に搭載される内燃機関の回転速度の変動の周期が車両のタイヤの回転の周期と略一致するか否かに基づいて判定する。

本発明によれば、車両に搭載される内燃機関の気筒における失火の有無の判定精度をより高めることができる。

本発明の一実施形態における車両用内燃機関の全体構成を示す図。 同実施形態における車両の駆動系の構成を示す図。 タイヤが変形している場合におけるエンジン回転数の推移を例示するタイミング図。 同実施形態の制御装置がタイヤの変形の有無を判定する際に実行する処理の手順例を示すフロー図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の４ストロークエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

外部ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通する外部ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３３に接続している。

図２に、車両が備える駆動系の例を示す。この駆動系は、トルクコンバータ７及び自動変速機８、９を備えてなる。特に、本実施形態では、自動変速機８、９の構成要素として、遊星歯車機構を利用した前後進切換装置８、及び無段変速機の一種であるベルト式ＣＶＴ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）９を採用している。

内燃機関が出力する回転トルクは、内燃機関の出力軸であるクランクシャフトからトルクコンバータ７の入力側のポンプインペラ７１に入力され、出力側のタービンランナ７２に伝達される。タービンランナ７２の回転は、前後進切換装置８を介してＣＶＴ９の駆動軸９４に伝わり、ＣＶＴ９における変速を経て従動軸９５を回転させる。従動軸９５の回転は、出力ギア１０１に伝達される。出力ギア１０１は、デファレンシャル装置のリングギア１０２と噛合し、デファレンシャル装置を介して車軸１０３及び車軸１０３に固定された駆動輪のタイヤ（図示せず）を回転させる。

トルクコンバータ７は、ロックアップ機構を備える。ロックアップ機構は、この分野では既知のもので、トルクコンバータ７の入力側と出力側とを相対回動不能に締結するロックアップクラッチ７３と、ロックアップクラッチ７３を断接切換駆動するための作動液圧（油圧）を制御するロックアップソレノイドバルブ（図示せず）とを要素とする。ロックアップソレノイドバルブは、制御信号ｌを受けてその開度を変化させる流量制御弁である。

ＣＶＴ９を搭載した車両においては、車速が所定値（例えば、１０ｋｍ／ｈ）以上である場合、ほぼ常時トルクコンバータ７をロックアップする。車速が所定値以下となれば、トルクコンバータ７のロックアップを解除する。ロックアップ時、ロックアップクラッチ７３はトルクコンバータカバー７４に押し付けられ、トルクコンバータカバー７４と一体となって回転する。ロックアップ時、トルクコンバータ７の入力側（のドライブプレート）に入力された機関のトルクは、トルクコンバータカバー７４からロックアップクラッチ７３を経由してトルクコンバータ７の出力側、ひいては前後進切換装置８に直接伝達される。ロックアップ時、トルクコンバータ７の出力側回転数の入力側回転数に対する比である速度比は１となる。

翻って、非ロックアップ時には、ロックアップクラッチ７３がトルクコンバータカバー７４から離反する。非ロックアップ時、トルクコンバータ７の入力側に入力された機関のトルクは、トルクコンバータカバー７４からポンプインペラ７１、タービン７２へと伝わり、前後進切換装置８に伝達される。非ロックアップ時、トルクコンバータ７の速度比は、駆動状態に応じて１よりも小さくなったり大きくなったりする。

前後進切換装置８は、そのサンギア８１がタービンランナ７２と連絡し、リングギア８２が駆動軸９４と連絡している。プラネタリギア８３１を支持するプラネタリキャリア８３と変速機ケースとの間には、断接切換可能な液圧クラッチたるフォワードブレーキ８４を介設している。また、プラネタリキャリア８３とサンギア８１（または、トルクコンバータ７の出力側）との間にも、断接切換可能な液圧クラッチたるリバースクラッチ８５を介設している。

走行レンジのうちのＤレンジでは、フォワードブレーキ８４を締結し、リバースクラッチ８５を切断する。これにより、トルクコンバータ７の出力軸の回転が逆転されかつ減速されて駆動軸９４に伝達され、前進走行となる。翻って、Ｒレンジでは、リバースクラッチ８５を締結し、フォワードブレーキ８４を切断する。これにより、サンギア８１とプラネタリキャリア８３とが一体的に回転し、トルクコンバータ７の出力軸と駆動軸９４とが直結して後進走行となる。フォワードブレーキ８４またはリバースクラッチ８５を断接切換駆動するための作動液圧を制御するソレノイドバルブ（図示せず）は、制御信号ｍを受けてその開度を変化させる流量制御弁である。

非走行レンジであるＮレンジ、Ｐレンジでは、フォワードブレーキ８４及びリバースクラッチ８５をともに切断する。

ＣＶＴ９は、駆動プーリ９１及び従動プーリ９２と、両プーリ９１、９２に巻き掛けられたベルト９３とを要素とする。駆動プーリ９１は、駆動軸９４に固定した固定シーブ９１１と、駆動軸９１上にローラスプラインを介して軸方向に変位可能に支持させた可動シーブ９１２と、可動シーブ９１２の後背に配設された液圧サーボ９１３とを有しており、液圧サーボ９１３を操作し可動シーブ９１２を変位させることを通じて変速比を無段階に変更できる。並びに、従動プーリ９２は、従動軸９５に固設した固定シーブ９２１と、従動軸９５上にローラスプラインを介して軸方向に変位可能に支持させた可動シーブ９２２と、可動シーブ９２２の後背に配設された液圧サーボ９２３とを有しており、液圧サーボ９２３を操作し可動シーブ９２２を変位させることを通じてトルク伝達に必要なベルト推力を与える。

本実施形態の車両の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。

入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、内燃機関に対する要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、排気通路４を流れる排気ガスの酸素濃度または空燃比を検出する空燃比センサから出力される空燃比信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、シフトレバーのレンジを知得するためのセンサ（または、シフトポジションスイッチ）から出力されるシフトレンジ信号ｇ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｈ等が入力される。

出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ロックアップクラッチ７３の断接切換用のロックアップソレノイドバルブに対して開度制御信号ｌ、フォワードブレーキ８４またはリバースクラッチ８５の断接切換用のソレノイドバルブに対して開度制御信号ｍ、ＣＶＴ９に対して変速比制御信号ｎ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｏ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）、点火タイミング、トルクコンバータ７のロックアップを行うか否か、自動変速機８、９の変速比等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎ、ｏを出力インタフェースを介して印加する。

また、ＥＣＵ０は、内燃機関のクランクシャフトの所定回転角度あたりの回転速度を計測するとともに、その回転速度の変化量即ち低下量を判定閾値と比較することで、気筒１内で失火が発生したか否かの判定を行う。

以降、本実施形態のＥＣＵ０が実施する失火判定方法に関して詳述する。ＥＣＵ０は、クランクシャフトが所定回転角度、例えば３０°ＣＡ（クランク角度）回転するために要した時間をエンジン回転センサを介して反復的に計測し、今回計測された所要時間から前回計測された所要時間を減算することで、３０°ＣＡ毎の回転速度の低下量の指標となる値、換言すれば３０°ＣＡの所要時間の変化量（差分）を得る。

３０°ＣＡの所要時間の変化量が正値であることは内燃機関の回転速度が減速傾向にあることを意味し、負値であることは内燃機関の回転速度が加速傾向にあることを意味する。通常、内燃機関は、何れかの気筒１の膨張行程中に加速し、それ以外の行程では減速する。気筒１内で失火が発生すると、当該気筒１の膨張行程において加速が行われないことから、３０°ＣＡの所要時間の変化量の値が増大する。故に、ＥＣＵ０は、３０°ＣＡの所要時間の変化量を指標値とし、これを判定閾値と比較して、前者が後者を上回ったならば失火が発生した可能性があると判定する。

ところが、車両のタイヤに局所的な摩耗や塑性変形等の非可逆的な変形が生じていると、タイヤの回転速度がうねりのように変動（振動）し、車軸と連結している内燃機関の回転速度もまた同様にうねりのように変動する。この模様を、図３に例示する。図３は、内燃機関が特に加速も減速もしない定常走行時における、エンジン回転数の推移である。

タイヤの変形に起因して、エンジン回転数がうねるように変動すると、３０°ＣＡの所要時間及びその変化量にもうねりが発生する。そして、そのうねりにより、３０°ＣＡの所要時間の変化量の極大値が大きくなって、判定閾値を超越することがあり得る。さすれば、気筒１において失火が発生していないにもかかわらず、失火したと誤判定することになってしまう。

そこで、本実施形態では、車両のタイヤの変形の有無を判定するとともに、タイヤが変形していると判定した場合には、そうでない場合と比較して失火の有無の判定のための判定閾値を引き上げるものとしている。

タイヤが変形している場合におけるエンジン回転数の変動の周期Ｔ、ひいては３０°ＣＡの所要時間の変化量の変動の周期Ｔは、変形したタイヤの一回転の周期に略等しくなる。従って、エンジン回転数の変動の周期Ｔがタイヤの回転の周期と略一致するか否かに基づいて、タイヤが変形しているか否かの判定を行うことができる。

図４に、本実施形態のＥＣＵ０がプログラムに従い実行する処理の手順例を示す。ＥＣＵ０は、車両が定常走行している状況下において、タイヤの変形の有無を調査する。具体的には、現在の内燃機関の負荷、エンジン回転数、空燃比等がそれぞれ所定範囲内にある状態が所定時間継続しているときに（ステップＳ１）、車両が定常走行していると見なす。そして、エンジン回転数の変動の周期を計測するとともに（ステップＳ２）、タイヤの一回転の周期を計測して（ステップＳ３）、両者を比較する（ステップＳ４）。

ステップＳ２では、図３に示しているように、エンジン回転数の極値（極大値または極小値）が現れてから、次に極値が現れるまでの時間差Ｔを計測する。ここでのエンジン回転数は、３０°ＣＡ毎の所要時間の時系列の移動平均をとる（または、直近の過去の所定クランク角度分（例えば、３６０°ＣＡ分）の所要時間を合算する）ことにより求めた、気筒１の各行程間の変動を抑制した（なました）ものである。なお、エンジン回転数に代えて３０°ＣＡの所要時間の変化量を参照することとし、当該変化量に極値が現れてから次に極値が現れるまでの時間差Ｔを計測しても構わない。その場合の３０°ＣＡの所要時間の変化量も、予め移動平均をとることで気筒１の各行程間の変動を抑制したものとする。

ステップＳ３では、タイヤのサイズ（予め定数としてＥＣＵ０のメモリに記憶している）、現在のエンジン回転数及び駆動系の変速比を基に、タイヤの回転の周期を推算する。尤も、車軸またはタイヤの回転速度を検出する回転センサが車両に実装されているならば、当該センサを介してタイヤの回転の周期を直接に実測することができる。

しかして、ＥＣＵ０は、エンジン回転数の変動の周期がタイヤの一回転の周期に略等しい、換言すればエンジン回転数の変動の周期とタイヤの一回転の周期との差分の絶対値が所定以下である場合に（ステップＳ４）、タイヤが変形していると判定し、その旨を出力する（ステップＳ５）。ステップＳ５では、タイヤが変形している旨を表す情報（フラグまたはダイアグノーシスコードであることがある）を、メモリに記憶して保持する。

また、ステップＳ５にて、タイヤが変形している旨を、運転者または搭乗者の視覚または聴覚に訴えかける態様で報知し、タイヤの交換を促すようにしてもよい。例えば、車両のコックピットに設置されている警告灯を点灯させたり、ディスプレイに警告を表示したり、ブザーやスピーカを介して警告音または音声を出力したりすることが考えられる。

さらに、タイヤが変形しているとの判定を下したＥＣＵ０は、その後の失火判定において３０°ＣＡの所要時間の変化量と比較するべき判定閾値を、タイヤが変形していると判定する前よりも高い値に引き上げる（ステップＳ６）。これにより、タイヤの変形に起因したうねりが３０°ＣＡの所要時間の変化量に加わったとしても、当該変化量が判定閾値を上回りにくくなり、失火を誤判定するおそれが小さくなる。

本実施形態では、車両に搭載される内燃機関の回転速度の変動の周期が車両のタイヤの回転の周期と略一致するか否かに基づいて、車両のタイヤの変形の有無を判定する車両の制御装置０を構成した。本実施形態によれば、車両のタイヤの変形を簡便に検知することが可能である。また、変形したタイヤは転がり抵抗が大きく、車両の燃費性能を悪化させる要因となるので、これを的確に検知した上で運転者または搭乗者に報知し、早期のタイヤ交換を促すことができる。

並びに、本実施形態では、車両に搭載される内燃機関の所定回転角度あたりの回転速度の低下量が判定閾値を上回るか否かに基づいて、内燃機関の気筒１における失火の発生の有無を判定するものであって、車両のタイヤの変形を検知した場合、そうでない場合と比較して前記判定閾値を引き上げる車両の制御装置０を構成した。本実施形態によれば、タイヤの変形に起因した内燃機関の回転速度のうねりの影響による失火の誤判定を回避することが可能であり、失火の有無の判定精度がより一層向上する。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。特に、車両のタイヤの変形を検知する手法は、上記実施形態のような内燃機関の回転速度の変動の周期を参照するものには限定されない。例えば、
・車両に実装した加速度センサ（Ｇセンサ）を介して車体の挙動を検出し、車体の振動の周期がタイヤの一回転の周期に略一致する場合にタイヤが変形していると判定する
・左右に並存する各タイヤの回転速度を個別に検出するセンサ（ＡＢＳ（Ａｎｔｉｌｏｃｋ Ｂｒａｋｅ Ｓｙｓｔｅｍ）に付随する）により、左側のタイヤの回転速度の変動（振動）と右側のタイヤの回転速度の変動とを比較して、両者の差分が所定よりも大きい、または両者の変動の周期が所定以上乖離している場合に、タイヤが変形していると判定する
・路面に接地するタイヤの接地面の形状を光学センサまたはカメラセンサを介して検出し、その変形の有無を確認する
等により、タイヤの変形を検知しても構わない。

その他、各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、内燃機関が搭載された車両の制御に適用できる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
７…トルクコンバータ
８…変速機（前後進切換装置、ＣＶＴ）
１０３…車軸

Claims (2)

1. 車両に搭載される内燃機関の所定回転角度あたりの回転速度の低下量が判定閾値を上回るか否かに基づいて、内燃機関の気筒における失火の発生の有無を判定するものであって、
   車両のタイヤの変形を検知した場合、そうでない場合と比較して前記判定閾値を引き上げる車両の制御装置。
2. 車両に搭載される内燃機関の回転速度の変動の周期が車両のタイヤの回転の周期と略一致するか否かに基づいて、車両のタイヤの変形の有無を判定する請求項１記載の車両の制御装置。

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