JP2021116690A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駐車時等に内燃機関の気筒において異常燃焼が起こり目立つ異音が発生する問題を緩和ないし回避する。【解決手段】内燃機関が出力するエンジントルクを変速機を介して駆動輪に伝達し走行する車両を制御する制御装置であって、車両が後進走行しまたは所定の地点に所在しており、なおかつ内燃機関の運転領域がアクセル開度がある値以上に大きい所定の領域にある場合、そうでない場合と比較して、内燃機関の気筒に充填された混合気に点火するタイミングを遅角させる車両の制御装置を構成した。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関が出力するエンジントルクを変速機を介して駆動輪に伝達し走行する車両を制御する制御装置に関する。

内燃機関のシリンダブロックに設置された振動式のノックセンサを介して、または混合気の燃焼時に点火プラグの電極を流れるイオン電流を参照して、ノッキングに代表される異常燃焼の発生を感知し、異常燃焼が起こる場合には点火タイミングを徐々に遅角させるとともに、異常燃焼が起こらない限りにおいて点火タイミングを徐々に進角させるノックコントロールシステムが公知である。

内燃機関の運転制御を司るＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）は、異常燃焼の発生が収まった段階での点火タイミングを学習値として、そのときの内燃機関の運転領域を示すパラメータに関連付けてメモリに記憶する。そして、後に再び同じ運転領域に遷移したときに、当該運転領域に関連付けて記憶保持している学習値を読み出し、その学習値を用いて点火タイミングを決定する。このような点火タイミングの学習制御により、異常燃焼の発生を効果的に抑制できる上、気筒の燃焼室や点火プラグにデポジットが付着し堆積する等の経年劣化に対処することが可能となる（例えば、下記特許文献を参照）。

特開２０１９−１３２１８４号公報

運転者が車両を駐車しようとするとき、後の再発進の際に前進して駐車場所から退出したいという欲求から、車両を後退させて駐車場所に入場させることが少なくない。

雨水が溜まらないようにする等の事情から、駐車場所に勾配が付いていると、上り坂を後進走行するような様相となり、運転者がアクセルペダルを踏み込むことで内燃機関が中高負荷領域で運転されることになる。その結果として、ノッキング等の異常燃焼が起こりやすくなる。駐車場所が周囲の環境騒音の大きくない比較的静かな場所であると、異常燃焼に起因して生じる異音が車両の運転者を含む搭乗者にはっきりと知覚される。

本発明は、駐車時等に内燃機関の気筒において異常燃焼が起こり目立つ異音が発生する問題を緩和ないし回避しようとするものである。

本発明では、内燃機関が出力するエンジントルクを変速機を介して駆動輪に伝達し走行する車両を制御する制御装置であって、車両が後進走行しまたは所定の地点に所在しており、なおかつ内燃機関の運転領域がアクセル開度がある値以上に大きい所定の領域にある場合、そうでない場合と比較して、内燃機関の気筒に充填された混合気に点火するタイミングを遅角させる車両の制御装置を構成した。

本発明によれば、駐車時等に内燃機関の気筒において異常燃焼が起こり目立つ異音が発生する問題を緩和ないし回避することができる。

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プログラムに従い実行する処理の手順例を示すフロー図。 同実施形態の制御装置の制御により点火タイミングを遅角させる運転領域を示す図。

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１００の概要を示す。内燃機関１００は、車両の駆動系を介して車軸１０３及び駆動輪に走行のための駆動力を供給する。内燃機関１００は、例えば火花点火式の４ストロークガソリンエンジンであり、複数の気筒１（典型的には、三気筒または四気筒。図１には、そのうち一つを図示している）を具備する。各気筒１の吸気バルブよりも上流、各気筒１に連なる吸気ポートの近傍には、吸気ポートに向けて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ことで生じる排気を各気筒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と吸気通路３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における触媒４１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トランスミッションの一例を示す。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。本実施形態では、自動変速機８、９の構成要素として、遊星歯車機構を含む前後進切換装置８、及びベルト式の無段変速機（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）９を採用している。

内燃機関１００が出力するエンジントルクは、内燃機関１００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（ドライブシャフト）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、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。

ＣＶＴ９を搭載した車両においては、車速がある程度以上に高いとき、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。

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が動かないようにこれを機械的にロックする。

ＣＶＴ９は、この分野では既知のもので、駆動軸９４に相対回転不能に支持させた駆動プーリ９１と、駆動軸９４と平行に配された従動軸９５に相対回転不能に支持させた従動プーリ９２と、駆動プーリ９１及び従動プーリ９２に巻き掛けられたベルト９３とを備えてなり、両プーリ９１、９２とベルト９３との摩擦により、駆動軸９４に入力されるエンジントルクを従動軸９５さらには車軸１０３に伝動する。

駆動プーリ９１は、駆動軸９４に固定した固定シーブ９１１と、ベルト９３を挟むように固定シーブ９１１に対向させて配置した可動シーブ９１２とを有する。可動シーブ９１２は、駆動軸９４上にローラスプラインを介してその軸方向に変位可能かつ相対回転不能に支持させてある。可動シーブ９１２の背後、固定シーブ９１１と反対側には、駆動軸９４に固定したシリンダを設け、そのシリンダと可動シーブ９１２と間に液圧室９１３を形成している。

従動プーリ９１は、従動軸９５に固定した固定シーブ９２１と、ベルト９３を挟むように固定シーブ９２１に対向させて配置した可動シーブ９２２とを有する。可動シーブ９２２は、従動軸９５上にローラスプラインを介してその軸方向に変位可能かつ相対回転不能に支持させてある。可動シーブ９２２の背後、固定シーブ９２１と反対側には、従動軸９５に固定したシリンダを設け、そのシリンダと可動シーブ９２２と間に液圧室９２３を形成している。

ベルト式ＣＶＴ９では、駆動プーリ９１及び従動プーリ９２の各液圧室９１３、９２３に供給される作動液圧（油圧）が制御され、各プーリ９１、９２におけるベルト９３を挟む溝の幅が変更されることにより、駆動プーリ９１と従動プーリ９２とのプーリ比、換言すればＣＶＴ９が具現する変速比が連続的に無段階で変更される。プーリ比が小さくされるときには、駆動プーリ９１の液圧室９１３に供給される作動液圧が相対的に増大され、従動プーリ９２の液圧室９２３に供給される作動液圧が相対的に低減される。これにより、駆動プーリ９１の可動シーブ９１２が固定シーブ９１１側に移動し、固定シーブ９１１と可動シーブ９１２との間隔即ち溝幅が小さくなる。それに伴い、駆動プーリ９１に対するベルト９３の巻き掛け径が大きくなり、従動プーリ９２の固定シーブ９２１と可動シーブ９２２との間隔即ち溝幅が大きくなる。結果、駆動プーリ９１と従動プーリ９２とのプーリ比が小さくなる。

逆に、プーリ比が大きくされるときには、駆動プーリ９１の液圧室９１３に供給される液圧が相対的に低減され、従動プーリ９２の液圧室９２３に供給される作動液圧が相対的に増大される。これにより、ベルト９３に対する従動プーリ９２の推力がベルト９３に対する駆動プーリ９１の推力よりも大きくなり、従動プーリ９２の固定シーブ９２１と可動シーブ９２２との間隔が小さくなるとともに、固定シーブ９１１と可動シーブ９１２との間隔が大きくなる。結果、駆動プーリ９１と従動プーリ９２とのプーリ比が大きくなる。

本実施形態の車両の制御装置たるＥＣＵ０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は、複数基のＥＣＵまたはコントローラが、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の電気通信回線を介して相互に通信可能に接続されてなるものである。

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１００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、運転者が操作する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、要求されるエンジン負荷率またはエンジントルク）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のサージタンク３３または吸気マニホルド３４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、運転者が操作するシフトレバー（または、セレクタレバー）の位置を検出するシフトポジションスイッチから出力されるシフトポジション信号ｅ、気筒１を内包しているシリンダブロックの振動の大きさを検出する振動式のノックセンサから出力される振動信号ｆ、内燃機関１００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、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、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、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１００及び駆動系７、８、９、並びにブレーキ装置を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関１００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、気筒１に充填される吸気量（または、新気量）に見合った要燃料噴射量、燃料噴射タイミング、火花点火タイミング、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲガス量）、トルクコンバータ７のロックアップを行うか否か、前後進切換装置８の状態、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。

各気筒１における充填された混合気への火花点火のタイミングを決定するにあたり、ＥＣＵ０は、現在の内燃機関１００の運転領域［エンジン回転数，エンジン負荷率（または、エンジントルク、サージタンク３３内吸気圧、気筒１に充填される吸気量若しくは燃料噴射量）］に応じてベース点火タイミングを設定し、そのベース点火タイミングに、気筒１におけるノッキングの発生の有無に応じた遅角補正量を加える。ＥＣＵ０のメモリには予め、内燃機関１００の運転領域を示すパラメータ［エンジン回転数，エンジン負荷率］と、ベース点火タイミングとの関係を規定したマップデータが格納されている。ＥＣＵ０は、現在の内燃機関１００の運転領域をキーとしてマップデータを検索し、設定するべきベース点火タイミングを得る。

アクセル開度が顕著に大きくない部分負荷領域における点火タイミングは、ＭＢＴ（Ｍｉｎｉｍｕｍ ａｄｖａｎｃｅ ｆｏｒ Ｂｅｓｔ Ｔｏｒｑｕｅ）またはＭＢＴに近く、圧縮行程から膨脹行程を迎える気筒１の圧縮上死点よりも前のタイミングとなる。これに対し、アクセル開度が全開または全開に近い全負荷ないし高負荷領域における点火タイミングは、異常燃焼を予防するためにＭＢＴよりも遅れ、気筒１の圧縮上死点よりも後のタイミングとなる。

ＥＣＵ０は、ノックセンサの出力信号ｇを参照して各気筒１におけるノッキングの有無を判定し、その判定結果に応じた点火タイミングの調整を行う、いわゆるノックコントロールシステムを実現する。ＥＣＵ０は、気筒１またはシリンダブロックの振動の強度を示す振動信号ｇをサンプリングし、ノッキングに起因して生じる振動が持つ周波数成分を通過させつつそれ以外の成分を減衰させるバンドパスフィルタに入力する。しかして、バンドパスフィルタで処理した後の信号ｇの値を判定閾値と比較し、前者が後者を上回ったならば、膨脹行程を迎えた気筒１で異常燃焼が起こったと判定する。翻って、前者が後者以下であるならば、当該気筒１で異常燃焼は起こっていないと判定する。

気筒１における異常燃焼の発生を感知した場合には、異常燃焼が起こらなくなるまで点火タイミングを徐々に遅角させる、換言すればベース点火タイミングに加味する遅角補正量を徐々に増大させる。一方で、異常燃焼の発生を感知していない場合には、異常燃焼が起こらない限りにおいて点火タイミングを徐々に進角させて、即ちベース点火タイミングに加味する遅角補正量を減少させて、内燃機関１００の出力及び燃費性能の向上を図る。異常燃焼の有無の判定及び点火タイミングの補正は、各気筒１毎に個別に行うことができる。

加えて、ＥＣＵ０は、異常燃焼の発生が収まった段階での点火タイミングまたはその遅角補正量を学習値として、当該運転領域を示すパラメータ［エンジン回転数，エンジン負荷率］に関連付けてメモリに記憶する。後に再び同じ運転領域に遷移したときには、メモリに記憶保持している、現在の運転領域に関連付けられている学習値を読み出し、当該学習値を用いて点火タイミングの決定を行う。

その上で、図３に示すように、本実施形態のＥＣＵ０は、車両が後進走行している、即ちシフトポジションがＲレンジに入れられている状態が一定時間以上継続しており（ステップＳ１）、なおかつ、現在の内燃機関１００の運転領域が比較的異常燃焼を起こしやすい所定の領域Ａにある場合（ステップＳ２）、そうでない平時の場合と比較して、混合気への火花点火のタイミングを遅らせる（ステップＳ３）とともに、上述した点火タイミングまたはその遅角補正量の学習を禁止する（ステップＳ４）、即ち既にメモリに記憶している点火タイミングまたは遅角補正量の学習値を現在の（ステップＳ１及びＳ２の条件が成立している状況下の）それによって書き換えることをしない。

図４に示しているように、ステップＳ２にいう所定の運転領域Ａは、エンジン回転数がある値以下に小さい低中回転域、そしてエンジン負荷率がある値以上に大きい中高負荷域である。ステップＳ３にて、ＥＣＵ０は、ベース点火タイミングに、ノックコントロールシステムによるものとは別の遅角補正量をさらに加えることで、混合気への火花点火タイミングを平時よりも遅角したタイミングとする。その遅角補正量は、現在の内燃機関１００の運転領域及び冷却水温に応じて定める。ＥＣＵ０のメモリには予め、内燃機関１００の運転領域を示すパラメータ［エンジン回転数，エンジン負荷率］及び冷却水温と、遅角補正量との関係を規定したマップデータが格納されている。ＥＣＵ０は、現在の内燃機関１００の運転領域及び冷却水温をキーとしてマップデータを検索し、ベース点火タイミングに加味する遅角補正量を得る。

また、ステップＳ３の点火タイミングの遅角補正に伴い、内燃機関１００の熱機械変換効率が低下し、内燃機関１００が出力するエンジントルクが低減する。これを補うべく、燃料噴射量を平時よりも増量することとしても構わない。

本実施形態では、内燃機関１００が出力するエンジントルクを変速機７、８、９を介して駆動輪に伝達し走行する車両を制御する制御装置０であって、車両が後進走行しており、なおかつ内燃機関１００の運転領域がエンジン負荷率がある値以上に大きい所定の領域Ａにある場合、そうでない場合と比較して、内燃機関１００の気筒１に充填された混合気に点火するタイミングを遅角させる車両の制御装置０を構成した。

本実施形態によれば、車両を後進走行させて上り勾配の駐車場所に入場させる際等に、気筒１の燃焼室内で異常燃焼が起こって目立つ異音が発生する問題を緩和ないし回避することができる。しかも、点火タイミングの遅角補正を、特定の運転領域Ａかつ特定の状況下に限定して行うこととしているので、エンジントルクの低減によるドライバビリティの低下や有害物質の排出量の増加も最小限に抑えられる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限定されるものではない。例えば、内燃機関１００の気筒１における異常燃焼の発生を感知する手法は、振動式のノックセンサの出力信号ｇを参照するものには限定されない。筒内圧即ち気筒１の燃焼室内圧力を検出できる筒内圧センサが気筒１に実装されているならば、筒内圧を参照して異常燃焼の発生を感知することができる。気筒１の燃焼室内で混合気が燃焼する際に発生するイオン電流の量を点火プラグ１２等を介して検出可能である場合には、そのイオン電流信号を参照して異常燃焼の発生を感知することができる。

車両の駆動系として実装される変速機の態様は、上記実施形態のようなトルクコンバータ７、前後進切換装置８及びベルト式ＣＶＴ９に限定されない。

また、上記実施形態のステップＳ１の条件を、“車両が所定の地点に所在している”に置き換えることも考えられる。所定の地点とは、特に駐車場若しくはその近傍、または比較的静寂で異常燃焼に起因する異音が目立ちやすいような場所である。車両にその現在位置を知得するための手段、典型的にはＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）やＱＺＳＳ（Ｑｕａｓｉ−Ｚｅｎｉｔｈ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）といった航法衛星システム（衛星測位システム）の航法信号受信装置等が実装されており、上記の“所定の地点”を定義する位置座標や地図データを参照（制御装置たるＥＣＵ０のメモリに格納、またはＥＣＵ０と通信可能に接続しているカーナビゲーションシステム等から受信）することができるならば、現在車両が所定の地点に所在しているか否かをＥＣＵ０において判断することが可能である。車両が所定の地点に所在している場合、内燃機関１００の運転領域が所定の領域Ａにあることを条件として（ステップＳ２）、点火タイミングを遅角補正する（ステップＳ３）とともに、点火タイミングの学習を禁止する（ステップＳ４）。

その他、各部の具体的な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、車両に搭載される内燃機関の混合気への点火タイミング制御に適用することができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１００…内燃機関
１…気筒
１２…点火プラグ
７、８、９…変速機（トルクコンバータ、前後進切換装置、ベルト式ＣＶＴ）
ｂ…クランク角信号
ｃ…アクセル開度信号
ｅ…シフトポジション信号
ｉ…点火信号

Claims (1)

1. 内燃機関が出力するエンジントルクを変速機を介して駆動輪に伝達し走行する車両を制御する制御装置であって、
   車両が後進走行しまたは所定の地点に所在しており、なおかつ内燃機関の運転領域がエンジン負荷率がある値以上に大きい所定の領域にある場合、そうでない場合と比較して、内燃機関の気筒に充填された混合気に点火するタイミングを遅角させる車両の制御装置。

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