JP2021121731A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】搭乗人員数や荷物の積載量を含む車体重量の増減に対して車両の動力性能の変動を小さくする。【解決手段】アクセルペダルの踏込量に応じた車速またはエンジン回転数のベース値を記憶しており、運転者による現在のアクセルペダルの踏込量に対応している車速またはエンジン回転数のベース値と、現在の車速またはエンジン回転数との差違に基づいて、アクセルペダルの踏込量とスロットルバルブの開度または開度の単位時間あたりの変化量との関係に修正を加える内燃機関の制御装置を構成した。【選択図】図４

Description

本発明は、動力源として車両に搭載された内燃機関を制御する制御装置に関する。

近時の車両用内燃機関のスロットルバルブは、車両の運転者が操作するアクセルペダルと機械的に連結しておらず、いわゆるドライブバイワイヤ（ｄｒｉｖｅ−ｂｙ−ｗｉｒｅ）システムとして電子制御されている。即ち、内燃機関の運転制御を司るＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｏｒｏｌ Ｕｎｉｔ）が、運転者によるアクセルペダルの踏込量をセンサを介して検出し、その踏込量に応じた開度にスロットルバルブを操作するべく、弁体を駆動するサーボモータまたはステッピングモータに制御信号を与えている（例えば、下記特許文献を参照）。

特開２０１６−１４２１６１号公報

現状、アクセルペダルの踏込量と、スロットルバルブの開度及び開度の単位時間あたりの変化量との関係（入出力特性）は、車両の乗員人数や荷物の積載量とは無関係に、一意に設定されている。アクセルペダルの踏込量に対するスロットルバルブの開度が一定であることは、アクセルペダルの踏込量に対するエンジントルクが一定となることを意味する。従って、その時々の乗員人数や荷物の積載量、つまりは車体の重量により、運転者が同程度アクセルペダルを踏み込んだとしても、車両の加速性や到達速度が変化することになる。車体重量が増大すれば、車速の加速度及び到達速度が低下する。その度合いが大きいと、運転者に違和感や不全感、不満感を与える懸念が生じる。

本発明は、以上の問題に着目してなされたものであり、車体重量の増減に対して車両の動力性能の変動を小さくすることを所期の目的としている。

本発明では、アクセルペダルの踏込量に応じた車速またはエンジン回転数のベース値を記憶しており、運転者による現在のアクセルペダルの踏込量に対応している車速またはエンジン回転数のベース値と、現在の車速またはエンジン回転数との差違に基づいて、アクセルペダルの踏込量とスロットルバルブの開度及び／または開度の単位時間あたりの変化量との関係に修正を加える内燃機関の制御装置を構成した。

本発明によれば、搭乗人員数や荷物の積載量を含む車体重量の増減に対して車両の動力性能の変動を小さくすることができる。

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概略構成を示す図。 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が修正して制御するアクセルペダルの踏込量とスロットルバルブの開度との関係を例示する図。

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。本実施形態における内燃機関１００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（例えば、三気筒。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を気筒１毎に設けている。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、吸気絞り弁である電子制御スロットルバルブ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（特に、サージタンク３３）に接続している。

本実施形態では、車両として、手動変速機３００を搭載したＭＴ（Ｍａｎｕａｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）車を想定している。周知の通り、ＭＴ車にあっては、図２に示すように、車両の駆動源となる内燃機関１００の出力軸であるクランクシャフトと、車両の駆動輪との間に、運転者が変速比（減速比）を手動で変更することのできる手動変速機３００が介在している。運転者は、シフトレバー３０１を操作することで、手動変速機３００の変速段位を任意に変更することができる。また、シフトレバー３０１をニュートラルポジションに位置付けることで、手動変速機３００におけるギヤの噛合が解除され、手動変速機３００の入力軸と出力軸とが切り離される。ひいては、内燃機関１００のクランクシャフトと車両の駆動輪との間の接続が切り離され、クランクシャフトと駆動輪との間でトルクが伝達されなくなる。

内燃機関１００のクランクシャフトと手動変速機３００の入力軸との間には、運転者の操作により断接切換が可能なクラッチ２００を配設している。運転者がクラッチペダル２０１を踏むとこのクラッチ２００が切断され、内燃機関１００のクランクシャフトと変速機３００との間でトルクが伝達されなくなる。運転者がクラッチペダル２０１を踏むのを止めると、再びクラッチ２００が接続されて、クランクシャフトと変速機３００との間でトルクが伝達されるようになる。

本実施形態の内燃機関１００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ことがある。

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、運転者によるアクセルペダルの踏込量をアクセル開度（いわば、内燃機関１００に対して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（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、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ｅ、シフトレバー３０１の位置を検出するスイッチから出力されるシフトポジション信号ｆ、クラッチペダル２０１の踏込量を検出するセンサから出力されるクラッチストローク信号ｇ、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等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予め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１００の運転を制御する。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、エンジン回転数及びアクセル開度を知得するとともに気筒１に吸入される空気量を推算する。そして、それらに基づき、吸入空気量に見合った（理論空燃比またはその近傍の目標空燃比を具現するのに必要な）要求燃料噴射量、燃料噴射タイミング、燃料噴射圧、点火タイミング、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲガス量）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を出力インタフェースを介して印加する。

ＥＣＵ０は、運転者が操作するアクセルペダルの踏込量をアクセル開度信号ｃを参照して知得し、その踏込量に応じた開度操作信号ｋを電子スロットルバルブ３２に与え、スロットルバルブ３２を開閉操作する。基本的に、アクセルペダルの踏込量が大きいほど、スロットルバルブ３２の開度を拡大し、また開度の単位時間あたりの変化量（拡大量、拡大速度）を大きくする。スロットルバルブ３２を大きく開くと、気筒１に吸入される空気量が増加することから、それに合わせてインジェクタ１１から気筒１に対して噴射する燃料を増量する。その帰結として、内燃機関１００が出力するエンジントルクが増大し、エンジン回転数及び車速が加速する。

逆に、アクセルペダルの踏込量が小さくなると、スロットルバルブ３２の開度を縮小する。このことは、気筒１に吸入される空気量及び燃料噴射量を減量することに繋がり、エンジントルクが減少してエンジン回転数及び車速が減速する。

その上で、本実施形態では、アクセルペダルの踏込量とスロットルバルブ３２の開度及びその単位時間あたりの変化量との関係を恒常的に一定とせず、車両の乗員人数や荷物の積載量を含んだ現在の車体重量に応じて修正する。

本実施形態のＥＣＵ０のメモリには予め、アクセルペダルの踏込量と、その踏込量に対応する車速またはエンジン回転数のベース値との関係を規定したマップデータを格納している。ここに言うベース値は、車体重量を所定の標準重量とした状況の下で、スロットルバルブ３２の開度をアクセルペダルの踏込量に応じた基準量に操作した結果到達する車速またはエンジン回転数を、アクセルペダルの踏込量毎に実験的に求めたものである。車体の標準重量は、乗員人数及び荷物の積載量が少ない軽重量、特に、乗員人数が最低の一人、荷物の積載量も最低限または０であるような重量に設定する。

スロットルバルブ３２の開度の基準量は、現在の車体重量（当然ながら、上記標準重量から変動し得る）による修正を加えていないもので、アクセルペダルの踏込量と一対一で対応している。

車速またはエンジン回転数のベース値は、アクセルペダルの踏込量に対応した基準量にスロットルバルブ３２の開度を操作したときの、車速の収束値、車速の単位時間あたりの変化量（加速度または減速度）、エンジン回転数の収束値、エンジン回転数の単位時間あたりの変化量のうちの何れか少なくとも一つを含む。ベース値はいわば、現在のアクセルペダルの踏込量に対応する、達成するべき車両の目標動力性能である。また、車速に係るベース値は、そのときの変速機３００の変速比に応じて上下する。

図３に示すように、本実施形態のＥＣＵ０は、現在のアクセルペダルの踏込量に応じた開度にスロットルバルブ３２を操作し（ステップＳ１）、その結果具現される車速の収束値、車速の単位時間あたりの変化量、エンジン回転数の収束値、エンジン回転数の単位時間あたりの変化量のうち少なくとも一つを実測する（ステップＳ２）。

ステップＳ１にあって、未だステップＳ６にいう開度の修正量を決定していなければ、スロットルバルブ３２の開度を、アクセルペダルの踏込量に対応する基準量の大きさに操作する。翻って、既にステップＳ６にいう開度の修正量を決定しているならば、スロットルバルブ３２の開度を、アクセルペダルの踏込量に対応する基準量に当該修正量を加味した大きさに操作する。

ステップＳ２にて、車速及びその変化量は車速センサの出力信号ａを参照して知得することができ、エンジン回転数及びその変化量はクランク角センサの出力信号ｂを参照して知得することができる。

それとともに、ＥＣＵ０は、現在のアクセルペダルの踏込量に対応する車速の収束値、車速の単位時間あたりの変化量、エンジン回転数の収束値、エンジン回転数の単位時間あたりの変化量のうち少なくとも一つのベース値を、メモリに格納しているマップデータから読み出す（ステップＳ３）。そして、その読み出したベース値と、ステップＳ３にて実測した車速の収束値、車速の単位時間あたりの変化量、エンジン回転数の収束値、エンジン回転数の単位時間あたりの変化量のうち少なくとも一つとを比較して、両者の差または比（の絶対値）が所定範囲内に収まっているか否か（ステップＳ４）、換言すれば現在の車両の挙動がアクセルペダルの踏込量に応じた目標動力性能に合致しているかどうかを判断する。両者の差または比が所定範囲内に収まっているならば、車両の挙動が目標動力性能に合致しているということができ、さもなくば目標動力性能に合致していないということができる。

ステップＳ４にて、車速またはエンジン回転数に係るベース値と実測値との差または比が所定範囲内に収まっていないと判定した場合において、そのような判定を運転者による連続した複数回のアクセルペダルの操作について下したならば（ステップＳ５）、現在の車体重量が標準重量から逸脱しているとして、アクセルペダルの踏込量とスロットルバルブ３２の開度との関係を修正する（ステップＳ６）。ステップＳ５では、例えば、アクセルペダルの踏込量が０または０に近い閾値よりも大きくなってから、その踏込量が０または０に近い閾値未満に戻るまでの期間を、運転者による一回のアクセルペダルの操作と見なす。そして、運転者が三回アクセルペダルを操作したときに、その連続した各回の操作の何れにおいても車速またはエンジン回転数に係るベース値と実測値との差または比が所定範囲内に収まっていないと判定したことを以て、ステップＳ５の条件が真になったとして、ステップＳ６よるスロットルバルブ３２の開度の修正量を決定し、または修正量を変更する。

ステップＳ６では、アクセルペダルの踏込量に対応した車速またはエンジン回転数のベース値を達成できるように、スロットルバルブ３２の開度の基準量に加味するべき修正量を調節する。修正量は、基準量に加算する値であることもあれば、基準量に乗算する係数であることもある。車速の収束値、車速の単位時間あたりの変化量、エンジン回転数の収束値、エンジン回転数の単位時間あたりの変化量のうち少なくとも一つの実測値が、そのベース値を下回っているならば、より多くの人員が搭乗し、またはより多くの荷物が搭載されて車体重量が増大していることが想定される。目標動力性能を実現するには、スロットルバルブ３２の開度をこれまでよりも大きく開き、内燃機関１００の吸入空気量及び燃料噴射量を増加させてエンジントルクを増大させる必要がある。よって、スロットルバルブ３２の開度の修正量を、基準量に加算する正値、または基準量に乗算する１よりも大きい係数とする。なおかつ、その修正量を、車速またはエンジン回転数に係るベース値と実測値との差分が大きいほど大きくする。加えて、スロットルバルブ３２の開度を拡大するときの開度の単位時間あたりの変化量を、これまでよりも大きく（開速度を速く）する。

図４に、運転者によるアクセルペダルの踏込量と、ＥＣＵ０が操作するスロットルバルブ３２の開度の大きさとの関係を例示する。図４中、スロットルバルブ３２の開度の基準量を実線で表し、その基準量に修正量を加味した開度を破線で表している。

逆に、車速の収束値、車速の単位時間あたりの変化量、エンジン回転数の収束値、エンジン回転数の単位時間あたりの変化量のうち少なくとも一つの実測値が、そのベース値を上回っているならば、人員が降車し、または搭載されていた荷物が降ろされて車体重量が減少していることが想定される。目標動力性能を実現するには、スロットルバルブ３２の開度をこれまでよりも小さく絞り、内燃機関１００の吸入空気量及び燃料噴射量を減少させてエンジントルクを低下させる必要がある。よって、スロットルバルブ３２の開度の修正量を、車速またはエンジン回転数に係るベース値と実測値との差分が大きいほど小さくする。加えて、スロットルバルブ３２の開度を拡大するときの開度の単位時間あたりの変化量を、これまでよりも小さく（開速度を遅く）する。

例外的に、スロットルバルブ３２の開度を基準量に操作したときに、車速またはエンジン回転数の実測値がそのベース値を下回ることもあり得る。そのような場合には、スロットルバルブ３２の開度の修正量を、基準量から減算する負値、または基準量に乗算する１よりも小さい係数に設定する。

ステップＳ６にて決定または変更した修正量は、ＥＣＵ０のメモリに記憶保持し、以後のスロットルバルブ３２の開度の制御（ステップＳ１）に用いる。

ステップＳ５の条件が偽である、即ち車速またはエンジン回転数に係るベース値と実測値との差または比が所定範囲内に収まっているならば、現状目標動力性能が達成されているということであり、メモリに記憶保持している修正量を変更しない。

但し、上述したスロットルバルブ３２の開度の修正量の決定または変更は、既に内燃機関１００が暖機されている、例えば内燃機関１００の冷却水温が所定温度以上に高まっていることを条件とする（ステップＳ０）。

スロットルバルブ３２の開度の修正量は、例えば、トリップの終了とともに０にリセットする。トリップとは、運転者がイグニッションスイッチ（イグニッションキー）またはスタートスイッチをＯＮにして内燃機関１００を始動してから、イグニッションスイッチまたはスタートスイッチをＯＦＦにして内燃機関１００の運転を停止するまでの間をいう。要するに、運転者がイグニッションスイッチまたはスタートスイッチをＯＦＦにしたときに、修正量をリセットする。

尤も、トリップ終了後も修正量を記憶保持し続け、次回のトリップにおけるスロットルバルブ３２の開度の制御に用いることを妨げない。また、次回のトリップの開始時における修正量を、前回のトリップの終了時の修正量の１／２に設定するようなことも考えられる。

本実施形態では、アクセルペダルの踏込量に応じた車速またはエンジン回転数のベース値を記憶しており、運転者による現在のアクセルペダルの踏込量に対応している車速またはエンジン回転数のベース値と、現在の車速またはエンジン回転数との差違に基づいて、アクセルペダルの踏込量とスロットルバルブ３２の開度及び／または開度の単位時間あたりの変化量との関係に修正を加える内燃機関１００の制御装置０を構成した。

本実施形態によれば、搭乗人員数や荷物の積載量を含む車体重量の増減に対して、車両の動力性能の変動を小さくすることができる。即ち、運転者がある一定量アクセルペダルを踏み込んだときに、常に同程度の加速性及び車速を実現することが可能となり、運転者にとってより運転しやすく疲れにくい、好適なドライバビリティを提供できる。

しかも、本実施形態の制御装置０によるスロットルバルブ３２の開度の制御は、既設の車速センサ及び／またはクランク角センサを用いて実施することができる。搭乗人員数や荷物の積載量を検出するためのセンサを新たに設置する必要がなく、ハードウェア面でのコスト増を招かない。

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。各部の具体的構成や具体的な処理の手順は、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、車両に搭載された内燃機関の制御に適用できる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１００…内燃機関
１…気筒
１１…インジェクタ
３…吸気通路
３２…電子スロットルバルブ
ａ…車速信号
ｂ…クランク角信号
ｃ…アクセル開度信号
ｊ…燃料噴射信号
ｋ…スロットルバルブの開度操作信号

Claims (1)

1. アクセルペダルの踏込量に応じた車速またはエンジン回転数のベース値を記憶しており、
   運転者による現在のアクセルペダルの踏込量に対応している車速またはエンジン回転数のベース値と、現在の車速またはエンジン回転数との差違に基づいて、アクセルペダルの踏込量とスロットルバルブの開度または開度の単位時間あたりの変化量との関係に修正を加える内燃機関の制御装置。

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