JP2019135383A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料カット条件成立後の遅延時間中にトルクコンバータのロックアップが解除されることでエンジン回転数が大きく低落することを回避ないし抑制する。【解決手段】所定の燃料カット条件の成立に伴い気筒への燃料供給を一時中断する燃料カットを実行し、所定の燃料カット終了条件の成立に伴い燃料カットを終了するものであり、燃料カット終了条件の成立から実際に燃料カットを開始するまでの間に遅延時間を設け、その遅延時間中に気筒に充填された混合気への点火タイミングを遅角補正してエンジントルクを低減させる制御を実施し、前記遅延時間中に、内燃機関と車軸との間に介在する駆動系のトルクコンバータのロックアップクラッチの締結を解除するべき解除条件が成立した場合には、その解除条件成立後またはロックアップクラッチの締結の解除後直ちに、遅角補正していた点火タイミングを進角させる内燃機関の制御装置を構成した。【選択図】図３

Description

本発明は、車両に搭載される火花点火式内燃機関の運転制御を司る制御装置に関する。

内燃機関が搭載された車両にあっては、その運転状況に応じて内燃機関の気筒に対する燃料供給を一時中断する燃料カットを行うことが知られている。一般的には、運転者によるアクセルペダルの踏込量が０または０に近い閾値以下となり、かつエンジン回転数が燃料カット許可回転数以上に高いときに、燃料カット条件が成立したものとして燃料カットを実行する。そして、アクセルペダルの踏込量が閾値を上回った、エンジン回転数が燃料カット復帰回転数まで低下した等の何れかの燃料カット終了条件が成立したときに、燃料カットを終了、燃料噴射を再開する。

但し、燃料カット条件が成立したとしても、即時にインジェクタからの燃料噴射を停止するわけではない。内燃機関が出力するエンジントルクが比較的大きい段階で、急に燃料供給を遮断すると、エンジン回転数や車速がステップ的に急落するトルクショックが発生し、運転者を含む搭乗者に衝撃を感じさせる。そのようなトルクショックを抑止または軽減するべく、燃料カット条件が成立した後、遅延時間の経過を待ってから、はじめて燃料噴射を停止する。この遅延時間中には、点火タイミングを遅角補正し、エンジントルクを積極的に低下させる（例えば、下記特許文献を参照）。

特開２０１５−１６９１８１号公報

内燃機関の出力軸であるクランクシャフトと車両の車軸（及び、駆動輪）との間に駆動系としてトルクコンバータ及び自動変速機を介在させている車両では、車速がある程度以上高いときにトルクコンバータをロックアップする。即ち、ロックアップクラッチにより、トルクコンバータの入力側と出力側とを相対回転不能に締結する。トルクコンバータのロックアップは、車速が低下すると解除される。

燃料カット条件成立後の遅延時間中にトルクコンバータのロックアップが解除されると、車軸の側から内燃機関のクランクシャフトに入力されるトルクが失われ、点火タイミングの遅角補正と相まって、クランクシャフトを回転駆動するトルクが顕著に減少する。その結果、エンジン回転数がアイドル運転時の目標回転数を下回るほどに大きく低落することがあり得た。

本発明は、このようなエンジン回転数の低落を回避ないし抑制しようとするものである。

本発明では、所定の燃料カット条件の成立に伴い気筒への燃料供給を一時中断する燃料カットを実行し、所定の燃料カット終了条件の成立に伴い燃料カットを終了するものであり、燃料カット終了条件の成立から実際に燃料カットを開始するまでの間に遅延時間を設け、その遅延時間中に気筒に充填された混合気への点火タイミングを遅角補正してエンジントルクを低減させる制御を実施し、前記遅延時間中に、内燃機関と車軸との間に介在する駆動系のトルクコンバータのロックアップクラッチの締結を解除するべき解除条件が成立した場合には、その解除条件成立後またはロックアップクラッチの締結の解除後直ちに、遅角補正していた点火タイミングを進角させる内燃機関の制御装置を構成した。

その上で、前記遅延時間中の点火タイミングの遅角補正にて点火タイミングを徐々に遅角させてゆくとともに、前記解除条件の成立またはロックアップクラッチの締結の解除の直後から点火タイミングを徐々に進角させてゆくこととし、点火タイミングを徐々に進角させてゆくときの進角の速度を、点火タイミングを徐々に遅角させてゆくときの遅角の速度よりも速くすることが好ましい。

本発明によれば、燃料カット条件成立後の遅延時間中にトルクコンバータのロックアップが解除されることでエンジン回転数が大きく低落することを回避ないし抑制できる。

本発明の一実施形態における内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。 同実施形態における車両の駆動系の構成を示す図。 同実施形態の制御装置が実行する制御の内容を示すタイミング図。 従来の内燃機関の制御装置が実行する制御の内容を示すタイミング図。

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を有す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。

排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２は、排気通路４を流れる排気の一部を吸気通路３に還流させて吸気に混交する、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものである。ＥＧＲ装置２は、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、特にサージタンク３３に接続している。

図２に、車両が備える駆動系のトランスミッションの例を示す。このトランスミッションは、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無段変速機（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）９を採用している。

内燃機関が出力するエンジントルクは、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に取り付けられた駆動輪を回転させる。

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転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ｔ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、車速がある程度以上（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。車速がそれ以下（例えば、５ｋｍ／ｈないし８ｋｍ／ｈ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、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、トルクコンバータ７の速度比が、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ｕを受けてその開度を変化させる流量制御弁である。

非走行レンジのうちのＮ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。Ｐレンジでは、車軸１０３が動かないよう機械的にロックする。

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とを要素とする既知のものであり、その説明を割愛する。

本実施形態の内燃機関の制御装置たる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。

ＥＣＵ０の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、内燃機関の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クランク角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、内燃機関に対して要求されるエンジン負荷率）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、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ｄ、大気圧を検出する大気圧センサから出力される大気圧信号ｅ、内燃機関の温度を示唆する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、車両のシフトレバー（セレクトレバー）のレンジ（Ｄレンジ、Ｎレンジ、Ｒレンジ、Ｐレンジ等）を知得するためのセンサから出力されるシフトレンジ信号ｇ、トルクコンバータ７のタービン７２の回転数を検出する回転センサから出力されるタービン回転数信号ｈ等が入力される。

ＥＣＵ０の出力インタフェースからは、イグナイタ１３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、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ、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操作信号ｔ、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操作信号ｕ、ＣＶＴ９に対して変速比制御信号ｖ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、メモリに格納し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、エンジン回転数や吸気圧等を知得するとともに、気筒１に充填される吸気量（または、新気量）に見合った要求燃料噴射量、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、混合気への点火タイミング、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）、トルクコンバータ７のロックアップを行うか否か、ＣＶＴ９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、ｔ、ｕ、ｖを出力インタフェースを介して印加する。

また、ＥＣＵ０は、所定の燃料カット条件が成立したときに、気筒１への燃料供給を中断する燃料カットを実行する。ＥＣＵ０は、少なくとも、アクセル開度が０または０に近い閾値以下となり、かつエンジン回転数が燃料カット許可回転数以上あることを以て、燃料カット条件が成立したものと判断する。

尤も、燃料カット条件が成立したとしても、即時にインジェクタ１１からの燃料噴射を停止するわけではない。燃料カットに起因するトルクショックを抑止または軽減するべく、ＥＣＵ０は、燃料カット条件が成立した後、遅延時間の経過を待ってから、はじめて燃料噴射を停止する。遅延時間中には、気筒１に充填された混合気に対する点火タイミングを、現在の内燃機関の運転領域［エンジン回転数，エンジン負荷率（または、アクセル開度、サージタンク３３内吸気圧、気筒１に充填される吸気量（新気量であることがある）若しくは燃料噴射量）］に応じた基本タイミングよりも遅角させる遅角補正を実行し、エンジントルクを積極的に低下させる。燃料カット条件が成立しているときの基本タイミングは、通常、ＭＢＴ（Ｍｉｎｉｍｕｍ ａｄｖａｎｃｅ ｆｏｒ Ｂｅｓｔ Ｔｏｒｑｕｅ）またはこれに近いタイミングである。点火タイミングをこの基本タイミングから遅角させることは、内燃機関の熱機械変換効率を低下させることを意味する。

燃料カット条件の成立後、所定の燃料カット終了条件が成立したときには、燃料カットを終了することとし、燃料噴射（及び、点火）を再開する。ＥＣＵ０は、アクセル開度が閾値を上回った、エンジン回転数が燃料カット復帰回転数を下回るまで低下した等のうち何れかを以て、燃料カット終了条件が成立したものと判断する。当然、燃料カット復帰回転数は、燃料カット許可回転数よりも低位の値である。なお、燃料カット条件成立後の遅延時間中に燃料カット終了条件が成立した場合には、燃料カットを開始しないことは言うまでもない。

車両が比較的低い車速で走行している最中に、運転者がアクセルペダルから足を離して燃料カット条件が成立すると、その成立時点ではロックアップクラッチ７３を締結しトルクコンバータ７をロックアップしていたとしても、燃料カット開始前の遅延時間中にエンジン回転数及び車速が徐々に低下し、その結果ロックアップクラッチ７３の締結を解除するべき解除条件が成立して、トルクコンバータ７のロックアップが解除されることがあり得る。ロックアップが解除されれば、車軸１０３の側から内燃機関のクランクシャフトに伝達されるトルクが失われる。

図４に、従来の内燃機関の制御の模様を示している。なお、図３及び図４中、エンジン回転数の欄内に描画している鎖線はトルクコンバータ７の出力側のタービン７２の回転数を表し、点火タイミングの欄内に描画している鎖線は点火タイミングの基本タイミングを表す。トルクコンバータ７のロックアップが解除されてもなお点火タイミングの遅角補正を続行していると、内燃機関のクランクシャフトを回転駆動するトルクが顕著に減少して、エンジン回転数がアイドル運転時の目標回転数を下回るほどに大きく低落してしまう。内燃機関を制御するＥＣＵは、このようなエンジン回転数の低落を感知した（例えば、クランクシャフトが単位クランク角度回転する毎の（若しくは、単位時間あたりの）エンジン回転数の低下量が所定の判定値を上回り、またはタービン７２回転数とエンジン回転数との差が所定の判定値を上回った）場合に、点火タイミングの遅角補正を中止して点火タイミングを基本タイミングに向けて進角させるが、エンジントルクの増大及びエンジン回転数の回復はどうしても遅れるため、エンジンストールに陥るリスクを完全には否定できない。また、この場合、燃料カットの開始前に燃料カット終了条件が成立することとなり、燃料カットは実行されない。

図３に、本実施形態の内燃機関の制御の模様を示している。本実施形態のＥＣＵ０は、燃料カット開始前の遅延時間中にロックアップクラッチ７３の締結を解除するべき解除条件が成立した場合、その解除条件成立後またはロックアップクラッチの締結の解除後直ちに、点火タイミングの遅角補正を中止して点火タイミングを基本タイミングに向けて進角させる。これにより、エンジン回転数の大きな低落を回避することができる。

さらに、本実施形態のＥＣＵ０は、点火タイミングの遅角補正を中止して点火タイミングを基本タイミングに向けて進角させる際の進角の速度（図３中の点火タイミングの右上がりの曲線の傾き）ΔＡを、燃料カット開始前の遅延時間中の点火タイミングの遅角補正における遅角の速度（図３中の点火タイミングの右下がりの曲線の傾き）ΔＲよりも大きくとる。ここに言う進角の速度ΔＡとは、例えば、クランクシャフトが単位クランク角度回転する毎の（若しくは、単位時間あたりの）点火タイミングの進角方向への変化量、または何れかの気筒１が膨脹行程を迎える機会毎の点火タイミングの進角方向への変化量（直近の膨脹行程の燃焼のための点火タイミングと今回の膨脹行程の燃焼のための点火タイミングとの差分）である。並びに、遅角の速度ΔＡとは、例えば、クランクシャフトが単位クランク角度回転する毎の点火タイミングの遅角方向への変化量、または何れかの気筒１が膨脹行程を迎える機会毎の点火タイミングの遅角方向への変化量である。

本実施形態では、所定の燃料カット条件の成立に伴い気筒１への燃料供給を一時中断する燃料カットを実行し、所定の燃料カット終了条件の成立に伴い燃料カットを終了するものであり、燃料カット終了条件の成立から実際に燃料カットを開始するまでの間に遅延時間を設け、その遅延時間中に気筒１に充填された混合気への点火タイミングを遅角補正してエンジントルクを低減させる制御を実施し、前記遅延時間中に、内燃機関と車軸１０３との間に介在する駆動系のトルクコンバータ７のロックアップクラッチ７３の締結を解除するべき解除条件が成立した場合には、その解除条件成立後またはロックアップクラッチ７３の締結の解除後直ちに、遅角補正していた点火タイミングを進角させる内燃機関の制御装置０を構成した。

本実施形態によれば、燃料カット条件成立後、燃料カット開始前の遅延時間中に、トルクコンバータ７のロックアップが解除されることでエンジン回転数が大きく低落することを回避ないし抑制でき、エンジンストールに陥るリスクを充分に低減できる。

また、遅延時間中にトルクコンバータ７のロックアップが解除されることは、遅延期間中に車速が例えば５ｋｍ／ｈないし８ｋｍ／ｈ以下まで低下する、換言すれば燃料カット条件成立から間もなくエンジン回転数が燃料カット復帰回転数まで低下することを意味する。従って、仮に燃料カットを実行開始したとしてもその燃料カットは極短期間のうちに終了し、あるいはそもそも燃料カットを実行開始しない蓋然性が高い。それ故、ロックアップクラッチ７３の締結の解除条件の成立直後に点火タイミングの遅角補正を中止するようにしたとしても、内燃機関の燃費性能に悪影響が及ぶことは殆どまたは全くない。

加えて、本実施形態のＥＣＵ０は、前記遅延時間中の点火タイミングの遅角補正にて点火タイミングを徐々に遅角させてゆくとともに、前記解除条件の成立またはロックアップクラッチ７３の締結の解除の直後から点火タイミングを徐々に進角させてゆくものであり、点火タイミングを徐々に進角させてゆくときの進角の速度ΔＡを、点火タイミングを徐々に遅角させてゆくときの遅角の速度ΔＲよりも速くする。

点火タイミングを遅角させてゆく間は、トルクコンバータ７がロックアップされていることから、その遅角の速度ΔＲを緩やかにしてエンジントルクの急減を抑え、車両及び搭乗者に衝撃を与えないようにする。翻って、点火タイミングを進角させる際には、トルクコンバータ７のロックアップが解除されていることから、進角の速度ΔＡを速めてエンジントルクを速やかに増大させたとしても車両及び搭乗者に衝撃を与える懸念が小さく、エンジン回転数の速やかなる回復を図る。

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。例えば、内燃機関のクランクシャフトと車両の車軸との間に介在する駆動系の変速機は、ベルト式ＣＶＴ９には限定されない。

その他、各部の具体的な構成や処理の内容等は、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、車両に搭載される火花点火式内燃機関の制御に適用できる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１１…インジェクタ
１２…点火プラグ
７…トルクコンバータ
７３…ロックアップクラッチ
１０３…車軸
ｂ…クランク角信号
ｃ…アクセル開度信号
ｉ…点火信号
ｊ…燃料噴射信号
ｔ…ロックアップソレノイドバルブの開度操作信号

Claims (2)

1. 所定の燃料カット条件の成立に伴い気筒への燃料供給を一時中断する燃料カットを実行し、所定の燃料カット終了条件の成立に伴い燃料カットを終了するものであり、
   燃料カット終了条件の成立から実際に燃料カットを開始するまでの間に遅延時間を設け、その遅延時間中に気筒に充填された混合気への点火タイミングを遅角補正してエンジントルクを低減させる制御を実施し、
   前記遅延時間中に、内燃機関と車軸との間に介在する駆動系のトルクコンバータのロックアップクラッチの締結を解除するべき解除条件が成立した場合には、その解除条件成立後またはロックアップクラッチの締結の解除後直ちに、遅角補正していた点火タイミングを進角させる内燃機関の制御装置。
2. 前記遅延時間中の点火タイミングの遅角補正にて点火タイミングを徐々に遅角させてゆくとともに、前記解除条件の成立またはロックアップクラッチの締結の解除の直後から点火タイミングを徐々に進角させてゆくこととし、
   点火タイミングを徐々に進角させてゆくときの進角の速度を、点火タイミングを徐々に遅角させてゆくときの遅角の速度よりも速くする請求項１記載の内燃機関の制御装置。

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