JP2017218979A - エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料カット機能を好適に発揮しながら、エンジンのトルク変動ひいては揺動を抑制すること。【解決手段】エンジン（１０）は、燃料供給状態と燃料供給停止状態のいずれかで駆動可能である。エンジン揺動角速度算出部（５２Ｘ）は、燃料供給状態におけるエンジン（１０）の揺動角速度を算出する。エンジン揺動角加速度算出部（５２Ｙ）は、エンジン（１０）の揺動角速度に基づいて、燃料供給状態におけるエンジン（１０）の揺動角加速度を算出する。燃料カット制御部（５２Ｚ）は、燃料カット条件が成立した後に、エンジン（１０）の揺動角加速度が所定閾値以上となったとき、エンジン（１０）を燃料供給状態から燃料供給停止状態に切り替える燃料カット制御を実行する。【選択図】図９

Description

本発明は、エンジンの制御装置に関する。

一般的に、自動車等の車両においては、踏み込んだアクセルペダルを戻した減速時に、エンジン（燃焼室）への燃料供給を停止する燃料カット制御が実行されることがある。この燃料カット制御により、燃費の向上や排気ガス浄化性能の向上が図られる。

特許文献１には、燃料カット条件が成立してから燃料カットの実行を指示するまでの間に燃料カット遅延時間を設定することで、車体振動を防止する技術が開示されている。

特開２００２−３２２９３１号公報

しかしながら、本発明者の鋭意研究によると、エンジンを含むパワートレインは、燃料カット前後でのトルク変動（トルク段差）によるショックを起点として揺動することがある。このため、特許文献１のように燃料カット遅延時間を設定したとしても、燃料カットを実行するタイミングが悪ければ、エンジンのトルク変動ひいては揺動を抑制できないばかりか、却ってこれらを増長することになりかねない。エンジンのトルク変動ひいては揺動が大きくなると、車体振動により乗員の乗り心地（フィーリング）が悪化してしまう。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、燃料カット機能を好適に発揮しながら、エンジンのトルク変動ひいては揺動を抑制することができるエンジンの制御装置を提供することを目的の１つとする。

本発明のエンジンの制御装置は、その一態様では、燃料供給状態と燃料供給停止状態のいずれかで駆動可能なエンジンの制御装置において、前記燃料供給状態における前記エンジンの揺動角速度を算出するエンジン揺動角速度算出部と、前記エンジンの揺動角速度に基づいて、前記燃料供給状態における前記エンジンの揺動角加速度を算出するエンジン揺動角加速度算出部と、燃料カット条件が成立した後に、前記エンジンの揺動角加速度が所定閾値以上となったとき、前記エンジンを前記燃料供給状態から前記燃料供給停止状態に切り替える燃料カット制御を実行する燃料カット制御部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、燃料カット機能を好適に発揮しながら、エンジンのトルク変動ひいては揺動を抑制することができるエンジンの制御装置を提供することができる。

本実施形態に係るエンジンを含むパワートレインの構成を示す概念図である。 燃料噴射制御部の内部構成を示す機能ブロック図である。 エンジン揺動角速度算出部によるエンジンの揺動角速度の算出およびエンジン揺動角加速度算出部によるエンジンの揺動角加速度の算出を示す工程図である。 燃料カット時と燃料カット復帰時におけるエンジンの揺動方向を示す概念図である。 エンジン揺動時におけるエンジン回転挙動、車輪回転挙動、パワートレイン揺動角速度およびパワートレイン揺動角加速度を示す波形図である。 図６Ａはエンジン揺動減速時のエンジン回転挙動を示す波形図であり、図６Ｂは図６Ａにおいてエンジン揺動を助長するタイミングで燃料カット制御を行った場合を示す波形図であり、図６Ｃは図６Ａにおいてエンジン揺動を抑制するタイミングで燃料カット制御を行った場合を示す波形図である。 燃料カット条件が成立した後にエンジンの揺動角加速度が所定閾値以上となったことをトリガーとして燃料カット制御を実行した場合のエンジン回転数、パワートレイン揺動角速度、パワートレイン揺動角加速度、スロットル開度、燃料カット条件の成立状態、角加速度条件の成立状態およびインジェクタの駆動状態を示す波形図である。 燃料カット条件が成立した後に所定時間が経過したことをトリガーとして燃料カット制御を実行した場合のエンジン回転数、パワートレイン揺動角速度、パワートレイン揺動角加速度、スロットル開度、燃料カット条件の成立状態、タイマーによる所定時間の計時状態、角加速度条件の成立状態およびインジェクタの駆動状態を示す波形図である。 本実施形態に係るエンジンの制御装置の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。なお、以下においては、本実施形態に係るエンジンの制御装置を自動四輪車に適用した例について説明するが、適用対象はこれに限定されることなく変更可能である。例えば、本実施形態に係るエンジンの制御装置を、他のタイプの車両（例えば自動二輪車や自動三輪車）に適用してもよい。

図１を参照して本実施形態に係るエンジン制御システムについて説明する。なお、エンジン１０を含むパワートレインは、図１に描いていないものであっても、自動四輪車が通常備えている構成要素は備えているものとし、その説明を省略する。エンジン１０は、例えば、直動式のＤＯＨＣ（Double OverHead Camshaft）エンジンであり、次のような基本構成を有する。エンジン１０は、クランクケース内にクランクシャフト１１、シリンダ１２及びシリンダヘッド１３等を備えて構成される。

シリンダ１２内には、ピストン１４が上下に往復可能に収容されている。クランクシャフト１１とピストン１４とはコンロッド１５によって連結されている。エンジン１０では、ピストン１４が上下方向に往復運動することでクランクシャフト１１がコンロッド１５を介して回転される。シリンダヘッド１３の内部空間は、燃焼室１６を構成している。また、シリンダヘッド１３には、吸気ポート１７及び排気ポート１８に対応して、吸気バルブ１９及び排気バルブ２０が設けられている。

また、吸気バルブ１９及び排気バルブ２０に対応して、一対のカムシャフト２１が設けられている。クランクシャフト１１及び一対のカムシャフト２１には、不図示のカムチェーンが架け渡されている。クランクシャフト１１の回転は、カムチェーンを介して一対のカムシャフト２１に伝達される。一対のカムシャフト２１が回転されることで、吸気バルブ１９及び排気バルブ２０が燃焼室１６に向けて往復動される。このようにして、吸気バルブ１９及び排気バルブ２０のそれぞれにおける開閉タイミングが調整される。

エンジン１０の吸気ポート１７には吸気管２６が連通しており、この吸気管２６には、吸気制御バルブであるスロットルバルブ２７が設けられている。スロットルバルブ２７は、運転者が操作する図示しないアクセルペダルに連動して開閉する。吸気管２６には、スロットルバルブ２７の開度状態を検出するスロットル開度センサ２８と、吸気管２６を流れる空気の流量を検出するエアフローメータ２９が設けられている。スロットル開度センサ２８が検出したスロットルバルブ２７の開度状態およびエアフローメータ２９が検出した吸気管２６を流れる空気の流量は、制御部（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）５０に入力される。

また、スロットルバルブ２７と吸気バルブ１９との間の吸気ポート１７には、燃料を噴射するインジェクタ２２が設けられている。インジェクタ２２は、その燃料噴射孔が吸気ポート１７の内部に露出しており、吸気ポート１７の内部に燃料を噴射する。また、燃焼室１６の上方には、点火プラグ２３が設けられている。点火プラグ２３は、制御部５０の点火時期制御部５１の指令に応じて所定のタイミングで火花を発生させる。これにより、燃焼室１６内の混合気が着火される。

エンジン１０には、クランクシャフト１１の回転が伝達されるクランクプーリ２４と、このクランクプーリ２４の回転角度を検出するクランク角センサ２５とが設けられている。クランク角センサ２５が検出したクランクプーリ２４の回転角度は、制御部５０に入力される。

エンジン１０を含むパワートレインは、当該エンジン１０を搭載した車両の車輪に駆動力を伝達する駆動力伝達機構の一部を構成するファイナルギヤ３０を有する。ファイナルギヤ３０には、エンジン１０を搭載した車両の車輪の回転速度（車速）を検出する車速センサ３１が設けられている。車速センサ３１が検出した回転速度（車速）は、制御部５０に入力される。

以上のように構成されたエンジン１０の回転速度は、常時モニタリングされて、制御部５０に入力される。

エンジン１０は、インジェクタ２２から燃焼室１６に燃料を供給する燃料供給状態と、インジェクタ２２から燃焼室１６に燃料を供給しない燃料供給停止状態のいずれかで駆動可能となっている。制御部５０は、インジェクタ２２から燃焼室１６への燃料噴射制御、とりわけエンジン１０を燃料供給状態から燃料供給停止状態に切り替える燃料カット制御を実行するための燃料噴射制御部５２を有する。

次に図２及び図３を参照して、燃料噴射制御部５２の内部の各種機能について説明する。図２に示すように、燃料噴射制御部５２は、エンジン揺動角速度算出部５２Ｘと、エンジン揺動角加速度算出部５２Ｙと、燃料カット制御部５２Ｚとを有する。

図２及び図３に示すように、エンジン揺動角速度算出部５２Ｘは、エンジン１０の回転速度と、エンジン１０を搭載した車両の車輪の回転速度（車速）とに基づいて、燃料供給状態におけるエンジン１０の揺動角速度を算出する。より具体的に、エンジン揺動角速度算出部５２Ｘは、エンジン１０の回転速度と、エンジン１０を搭載した車両の車輪の回転速度（車速）に総減速比を乗じたものとの差分により、燃料供給状態におけるエンジン１０の揺動角速度を算出する。

エンジン揺動角加速度算出部５２Ｙは、エンジン揺動角速度算出部５２Ｘが算出したエンジン１０の揺動角速度に基づいて、燃料供給状態におけるエンジン１０の揺動角加速度を算出する。より具体的に、エンジン揺動角加速度算出部５２Ｙは、エンジン揺動角速度算出部５２Ｘが算出したエンジン１０の揺動角速度に微分処理を施すことにより、燃料供給状態におけるエンジン１０の揺動角加速度を算出する。

燃料カット制御部５２Ｚは、燃料カット条件が成立した後に、エンジン揺動角加速度算出部５２Ｙが算出した燃料供給状態におけるエンジン１０の揺動角加速度が所定閾値以上となったとき、エンジン１０を燃料供給状態から燃料供給停止状態に切り替える燃料カット制御を実行する。

本実施形態の「燃料カット条件」は、例えば、車両走行中に運転者がアクセルペダルを戻して惰行するような状況を想定しており、「エンジン１０の回転数が所定値以上の状態でスロットルバルブ２７が閉じること」とすることができる。「燃料カット条件」は、エンジン１０を燃料供給状態から燃料供給停止状態に切り替える燃料カット制御を実行するための条件の１つであり、「燃料カット条件」が成立したことだけを以って直ちに燃料カット制御を実行するものではない。

本実施形態の「燃料カット復帰条件」は、例えば「燃料カット制御実施中にエンジン１０の回転数が所定値以下（あるいは所定値未満）になったこと」とすることができる。「燃料カット復帰条件」は、エンジン１０を燃料供給停止状態から燃料供給状態に切り替える燃料カット復帰制御を実行するための条件の１つであり、「燃料カット復帰条件」が成立したことだけを以って直ちに燃料カット復帰制御を実行するものではない。

燃料カット制御部５２Ｚは、燃料カット条件が成立した後に所定時間（タイムアウト時間）が経過したとき、エンジン揺動角加速度算出部５２Ｙが算出した燃料供給状態におけるエンジン１０の揺動角加速度が所定閾値未満であっても、エンジン１０を燃料供給状態から燃料供給停止状態に切り替える燃料カット制御を実行する。

燃料カット制御部５２Ｚは、減速比に応じて所定時間（タイムアウト時間）を異なる値に設定する。より具体的に、燃料カット制御部５２Ｚは、減速比が相対的に大きくなるに連れて所定時間（タイムアウト時間）を相対的に長く設定し、減速比が相対的に小さくなるに連れて所定時間（タイムアウト時間）を相対的に短く設定する。燃料カット制御部５２Ｚは、エンジン１０の揺動周期の１周期分より長くなるように所定時間（タイムアウト時間）を設定する。燃料カット制御部５２Ｚは、エンジン１０の回転数と、エンジン１０を搭載した車両の速度（車速）とに基づいて、減速比を算出することができる。

エンジン１０の揺動周期は減速比により異なるため、減速比の大小に応じて所定時間（タイムアウト時間）を変えることで、燃料カット機能を好適に発揮しながら、エンジン１０のトルク変動ひいては揺動を抑制することができる。

減速比が相対的に大きい低速ギヤ状態では、エンジン１０の揺動が大きく、エンジン１０を含むパワートレインの揺動周期が長くなる。この場合、所定時間（タイムアウト時間）を長めに確保して、エンジン１０の揺動角加速度が所定閾値以上となることを待つ（エンジン１０の揺動周期より先に所定時間（タイムアウト時間）が経過することを防止する）。これにより、エンジン１０の揺動が低減するタイミングを待って燃料カット制御を実行することができる。

減速比が相対的に小さい高速ギヤ状態では、エンジン１０の揺動が小さく、エンジン１０を含むパワートレインの揺動周期が短くなる。この場合、エンジン１０の揺動角加速度が所定閾値以上とはなり難いので、燃料カット制御を実行するまでに長時間を要し、又は燃料カット制御を実行できないおそれがある。そこで、所定時間（タイムアウト時間）を短めに設定して、燃料カット制御を早めに且つ確実に実行することにより、燃費の向上や排気ガス浄化性能の向上を図ることができる。また、元々エンジン１０の揺動が小さいので、車体振動により乗員の乗り心地（フィーリング）が悪化することはない（乗員が許容できる程度の車体振動に留めることができる）。

次に、図４から図６を参照してエンジン駆動時のエンジン１０の揺動の態様について説明する。図４に示すように、エンジン１０は、車両本体の内部の揺動支持部（図示略）を揺動中心として、車両前後方向に揺動可能となっている（厳密には車両上下方向と車両左右方向にも揺動しているが車両前後方向への揺動と比べると無視できる程度である）。エンジン１０は、燃料カット時には車両前方（進行方向）に揺動し、燃料カット復帰時には車両後方（後退方向）に揺動する。

本実施形態では、図４に示すようなエンジン１０の揺動角速度さらには揺動角加速度を常時モニタリングして、燃料カット及び燃料カット復帰のタイミングを最適設定することにより、燃料カット及び燃料カット復帰に起因するエンジン１０のトルク変動ひいては揺動を抑制している。図４の例では、エンジン１０が前方（進行方向）に揺動しているときに燃料カット復帰を行えば燃料カット復帰に起因するエンジン１０のトルク変動ひいては揺動を抑制することができ、エンジン１０が後方（後退方向）に揺動しているときに燃料カットを行えば燃料カットに起因するエンジン１０のトルク変動ひいては揺動を抑制することができる。

エンジン１０が全く揺動していない場合、図３において、エンジン１０を搭載した車両の車輪の回転速度（車速）に総減速比を乗じたものは、エンジン１０の回転速度と同一の値となる。これに対し、エンジン１０が多少なりとも揺動している場合、エンジン１０を搭載した車両の車輪の回転速度（車速）に総減速比を乗じたものは、エンジン１０の回転速度と異なる値となる。従って、エンジン揺動角加速度算出部５２Ｙが算出する燃料供給状態におけるエンジン１０の揺動角加速度は、エンジン１０の揺動方向および揺動量を示すパラメータとなる。

図５に示すように、パワートレイン揺動角加速度（エンジン１０の揺動角加速度）が正の値をとる領域が、燃料カットをしてもエンジンのトルク変動が少なくなる領域となる。この領域で燃料カット制御を実行した場合、燃料カットによって低下したエンジン１０の軸トルクは、エンジン１０の揺動を打ち消す方向に働く。

図６において、図６Ｂと図６Ｃに明らかなように、燃料カット制御を行うタイミング如何によっては、エンジン１０のトルク変動ひいては揺動が助長されてしまう場合とこれを効果的に抑制（相殺）できる場合が存在する。これは、上述した特許文献１のように燃料カット遅延時間を設定した場合であっても同様である。本実施形態では、燃料カット制御部５２Ｚが、常に、図６Ｃに示すように、エンジン１０のトルク変動ひいては揺動を効果的に抑制（相殺）できるように、燃料カットのタイミングを最適設定するのである。

本実施形態のエンジン１０の制御装置では、燃料カット制御部５２Ｚが、燃料カット条件が成立した後にエンジン１０の揺動角加速度が所定閾値以上となったこと、又は、燃料カット条件が成立した後に所定時間（タイムアウト時間）が経過したことをトリガーとして、燃料カット制御を実行する。

また、図７に示すように、エンジン１０の揺動が大きく、エンジン１０を含むパワートレインの揺動周期が長いため、角加速度条件が非成立状態から成立状態に切り替わるタイミングを待って燃料カット制御を実行することで、エンジン１０のトルク変動ひいては揺動を抑制することを優先している。

図８に示すように、エンジン１０の揺動が小さく、エンジン１０を含むパワートレインの揺動周期が短い場合、車体振動により乗員の乗り心地（フィーリング）が悪化することはない（乗員が許容できる程度の車体振動に留めることができる）。このため、燃料カット制御をいち早く実行することを優先している。

次に、図９を参照して、本実施形態の制御フローについて説明する。

図９に示すように、ステップＳ１では、燃料カット制御部５２Ｚが、燃料カット条件が成立しているか否かを判定する。燃料カット条件が成立していないときは（ステップＳ１：Ｎｏ）、燃料カット制御部５２Ｚが、ステップＳ２でタイマーリセットを実行し、ステップＳ３で燃料カットを実施することなく、処理を終了する。燃料カット条件が成立しているときは（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、ステップＳ４の処理に進む。

ステップＳ４では、燃料カット制御部５２Ｚが、燃料カット実施中であるか否かを判定する。燃料カット実施中であるときは（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、処理を終了する。燃料カット実施中でないときは（ステップＳ４：Ｎｏ）、ステップＳ５の処理に進む。

ステップＳ５では、燃料カット制御部５２Ｚが、燃料カット条件成立後の経過時間を計時するタイマーカウントダウンを開始する。つまり説明の便宜上の理由で別々の処理ステップで描いているが、ステップＳ５の処理はステップＳ１の処理と同時に実行する。

ステップＳ６では、燃料カット制御部５２Ｚが、エンジン１０の揺動角加速度が所定閾値以上であるか否かを判定する。エンジン１０の揺動角加速度が所定閾値未満であるときは（ステップＳ６：Ｎｏ）、ステップＳ７の処理に進む。エンジン１０の揺動角加速度が所定閾値以上であるときは（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、ステップＳ８の処理に進む。

ステップＳ７では、燃料カット制御部５２Ｚが、燃料カット条件成立後の経過時間が所定時間（タイムアウト時間）に到達したか否かを判定する。燃料カット条件成立後の経過時間が所定時間（タイムアウト時間）に到達していないときは（ステップＳ７：Ｎｏ）、燃料カット制御部５２Ｚが、ステップＳ６とステップＳ７の処理ループを繰り返す。燃料カット条件成立後の経過時間が所定時間（タイムアウト時間）に到達したときは（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、ステップＳ８の処理に進む。

ステップＳ８では、燃料カット制御部５２Ｚが、燃料カット制御を実施して、処理を終了する。ステップＳ８の燃料カット制御は、燃料カット条件が成立した後にエンジン１０の揺動角加速度が所定閾値以上となったこと（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、又は、燃料カット条件が成立した後に所定時間（タイムアウト時間）が経過したこと（ステップＳ７：Ｙｅｓ）をトリガーとして実施される。

このように、本実施形態のエンジン１０の制御装置によれば、エンジン揺動角速度算出部５２Ｘが、燃料供給状態におけるエンジン１０の揺動角速度を算出し、エンジン揺動角加速度算出部５２Ｙが、エンジン１０の揺動角速度に基づいて、燃料供給状態におけるエンジン１０の揺動角加速度を算出し、燃料カット制御部５２Ｚが、燃料カット条件が成立した後に、エンジン１０の揺動角加速度が所定閾値以上となったとき、エンジン１０を燃料供給状態から燃料供給停止状態に切り替える燃料カット制御を実行する。このため、燃料カット制御によって低下したエンジン１０の軸トルクが該エンジン１０の揺動を打ち消す（相殺する）方向に働くので、燃料カット機能を好適に発揮しながら、エンジン１０のトルク変動ひいては揺動を抑制することができる。

なお、上記実施の形態において、添付図面に図示される各構成の機能、大きさ、形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明は、その目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、エンジン１０を含むパワートレインの揺動の代わりに、エンジン１０の回転変化に基づいて、燃料カット制御を実行するタイミングを判定してもよい。この場合、エンジン１０の回転数の微分値を算出し、エンジン１０の回転数が上昇していることを以って、燃料カット制御を実行することができる。

また、上記の実施の形態では、吸気ポート１７内に燃料を噴射する構成としたが、この構成に限定されない。例えば、筒内に直接燃料を噴射する構成としてもよい。

本発明のエンジンの制御装置は、例えば自動四輪車や自動二輪車等の各種車両に適用して好適である。

１０ エンジン
５０ 制御部（ＥＣＵ：Engine Control Unit）
５２ 燃料噴射制御部
５２Ｘ エンジン揺動角速度算出部
５２Ｙ エンジン揺動角加速度算出部
５２Ｚ 燃料カット制御部

Claims (6)

1. 燃料供給状態と燃料供給停止状態のいずれかで駆動可能なエンジンの制御装置において、
   前記燃料供給状態における前記エンジンの揺動角速度を算出するエンジン揺動角速度算出部と、
   前記エンジンの揺動角速度に基づいて、前記燃料供給状態における前記エンジンの揺動角加速度を算出するエンジン揺動角加速度算出部と、
   燃料カット条件が成立した後に、前記エンジンの揺動角加速度が所定閾値以上となったとき、前記エンジンを前記燃料供給状態から前記燃料供給停止状態に切り替える燃料カット制御を実行する燃料カット制御部と、
   を有することを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 前記エンジン揺動角速度算出部は、前記エンジンの回転速度と、前記エンジンを搭載した車両の車輪の回転速度とに基づいて、前記燃料供給状態における前記エンジンの揺動角速度を算出することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
3. 前記エンジン揺動角速度算出部は、前記エンジンの回転速度と、前記車輪の回転速度に総減速比を乗じたものとの差分により、前記燃料供給状態における前記エンジンの揺動角速度を算出することを特徴とする請求項２に記載のエンジンの制御装置。
4. 前記燃料カット制御部は、前記燃料カット条件が成立した後に所定時間が経過したとき、前記エンジンの揺動角加速度が前記所定閾値未満であっても、前記燃料カット制御を実行することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のエンジンの制御装置。
5. 前記燃料カット制御部は、減速比に応じて前記所定時間を異なる値に設定することを特徴とする請求項４に記載のエンジンの制御装置。
6. 前記燃料カット制御部は、前記減速比が相対的に大きくなるに連れて前記所定時間を相対的に長く設定し、前記減速比が相対的に小さくなるに連れて前記所定時間を相対的に短く設定することを特徴とする請求項５に記載のエンジンの制御装置。

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