JP2022087392A - 内燃機関の制御装置及び制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 内燃機関の状態を変更するアクチュエータの応答性を改善可能な制御装置を提供すること。【解決手段】 車両に搭載された内燃機関の制御装置であって、車外環境情報を取得し、車外環境情報に基づき、車両の未来の走行状態を予測し、車両の走行中に未来の走行状態に基づき、内燃機関の燃焼条件を変更する装置に制御信号を出力することとした。【選択図】 図４

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１には、自車のエンジンを停止させた状態で、走行先の交差点へ他の進入路より進入する車両用に設置された信号機の各ランプを含む画像を外部カメラ２１で撮影し、信号機が赤信号に変化すると判定した場合、自車のエンジンを始動させることによりエンジンの始動遅れを低減できるようにしている。

特開２００９－１５６２０２号公報

上記従来技術にあっては、内燃機関を始動するのみで、内燃機関の状態を変更するアクチュエータの応答性は考慮していなかった。

本発明の目的の一つは、内燃機関の状態を変更するアクチュエータの応答性を改善可能な制御装置を提供することにある。

本発明の一つの態様において、外界情報に基づいてその後の走行状態を予測し、内燃機関の状態を変更するアクチュエータの作動状態を制御する構成とした。

よって、本発明の好ましい態様によれば、内燃機関の状態を変更するアクチュエータの応答性を改善できる。

本発明が適用される内燃機関の制御装置によって制御される油圧バルブタイミング制御装置を備えた車両の概略図である。 先行車と自車との関係を表す概略図である。 実施形態１の車両の制御系を表す制御ブロック図である。 実施形態１の内燃機関の制御装置の作動を表すフローチャートである。 実施形態１及び比較例の内燃機関の制御装置の作動を表すタイムチャートである。 図６は、実施形態２の内燃機関の制御装置の作動を表すフローチャートである。

〔実施形態１〕
図１は、本発明が適用される内燃機関の制御装置によって制御される油圧バルブタイミング制御装置（以下、VTC１１）を備えた車両の概略図である。
車両１は、内燃機関であるエンジン１０と、エンジン１０及びVTC１１を制御するコントローラ２０と、コントローラ２０に対して車両状態信号を出力する車両情報センサ２と、車両前方を撮像するカメラ３と、エンジン１０の吸気位相を可変制御するVTC１１と、VTC１１の作動液圧を発生させる可変容量型オイルポンプであるオイルポンプ１１ａと、を有する。車両状態信号には、レンジ位置信号（以下、ギア位置とも記載する。）、アクセル開度、ブレーキペダル操作量、車速、ナビゲーション情報など各種センサ信号が含まれる。

図２は、先行車と自車との関係を表す概略図である。先行車５が走行路を走行中、車両１のカメラ３は、先行車５の走行状態を撮像し、先行車５と車両１との相対関係に基づいてエンジン１０の作動状態が制御される。尚、カメラ３は車両前方を撮像し、車両前方の障害物を認知する構成を示すが、車両前方に限らず、車両周囲の全方位を認知するように構成してもよく特に限定しない。

図３は、実施形態１の車両の制御系を表す制御ブロック図である。コントローラ２０は、カメラ３の撮像データに基づいて車外環境を認識する車外環境認識部２１と、VTC１１の作動状態を演算するコントロールユニット２２と、VTC１１の制御状態（進角状態や遅角状態）を演算し、VTC１１の駆動信号を出力するVTC駆動制御部２４と、VTC１１の作動油を供給するオイルポンプ１１ａにポンプ駆動信号を出力するポンプ駆動制御部２３と、を有する。

ここで、VTC１１について簡単に説明する。基本的な構成は、特開2017-106382号公報に記載されたものと同様である。実施形態１では吸気位相可変機構としての吸気VTCについて説明するが、排気側に設置されていてもよい。エンジン１０停止時には、オイルポンプ１１ａの油圧が作用せず供給油圧も零になる。したがって、VTC１１は最遅角位置に保持する。次に、エンジン１０の始動時は、オイルポンプ１１ａが作動し、作動油圧の確保に応じて進角側に変換する。また、エンジン１０の運転状態に応じて最遅角と最進角との間を連続的に変化させる。

図４は、実施形態１の内燃機関の制御装置の作動を表すフローチャートである。
ステップＳ１では、車両進行方向の障害物（例えば先行車）との距離が所定車間距離Criteriaより大きいか否かを判断し、大きい場合はステップS２に進み、それ以外の場合は本ステップを繰り返す。すなわち、先行車５が発進すれば、未来において自車両１も追随して発進状態に移行すると判断する（車両の未来の状態を予測）。
ステップＳ２では、ギヤ位置が障害物方向か否かを判断し、障害物方向の場合はステップS３に進み、それ以外の場合はステップＳ１に戻る。
ステップS３では、オイルポンプ１１ａをONとする。
ステップＳ４では、VTC１１を始動不可位相に角変換する。
ステップＳ５では、ギヤ位置と障害物方向とが不一致か否かを判断し、不一致の場合はステップS４に戻り、それ以外の場合はステップＳ６に進む。すなわち、先行車５が発進しており、ギヤ位置も障害物方向と一致していれば車両１が発進し、不一致の場合は運転者が発進を意図していないと考えられるからである。
ステップＳ６では、VTC１１を始動可位置に角変換する。

図５は、実施形態１及び比較例の内燃機関の制御装置の作動を表すタイムチャートである。本タイムチャートは、車両１の停止状態において、先行車が発進し、その後、運転者がアクセルペダルを踏み込んで発進する場合を示す。比較例では、アクセル開度が開き始め、エンジントルクの増大に応じてオイルポンプ１１ａをONとし、VTC１１を始動不可位置から始動可位置に角変換するものである。

比較例の場合、時刻ｔ１よりも前に先行車５が発進し、車間距離が開き始めると、運転者がアクセルペダルを踏み込んで発進しようとする。その後、時刻ｔ２においてオイルポンプ１１ａがONとなり、その後、作動油圧が確保されることで時刻ｔ３においてエンジントルクが所定トルクに到達する。運転者がアクセルペダルを踏み込んだ時刻ｔ１から所定トルクに到達するまでの時間を経過時間T1とする。

これに対し、実施形態１の場合、先行車５が発進する時刻ｔ０において、車外環境認識部２１が外界検知し、運転者がアクセルペダルを踏み込む前にオイルポンプ１１ａがONとなる。よって、運転者がアクセルペダルを踏み込み時刻ｔ１の時点では作動油圧が確保されているため、VTC１１の角変換を素早く行うことができ、時刻ｔ４においてエンジントルクが所定トルクに到達する。このとき、運転者がアクセルペダルを踏み込んだ時刻ｔ１から所定トルクに到達するまでの経過時間T2は、比較例における経過時間T1よりも短くすることができる。よって、運転者の操作に対する車両の応答性を向上できる。

以上説明したように、実施形態１の内燃機関の制御装置においては、以下に列挙する作用効果を奏する。
（１）車両１に搭載された内燃機関の制御装置であって、
車外環境情報を取得する車外環境認識部２１と、
車外環境情報に基づき、車両の未来の走行状態を予測する走行状態予測部としてのコントローラ２０と、
車両の走行中に未来の走行状態に基づき、内燃機関の燃焼条件を変更する装置であるVTC１１及びオイルポンプ１１ａに制御信号を出力するVTC駆動制御部２４及びポンプ駆動制御部２３（信号出力部）と、
を備えた。
よって、VTC１１の応答性を改善できる。
（２）車両１に搭載された内燃機関の制御装置であって、
車外環境情報を取得する車外環境認識部２１と、
車外環境情報に基づき、車両の未来の走行状態を予測する走行状態予測部としてのコントローラ２０と、
未来の走行状態に基づき、エンジン１０の燃焼条件を変更する装置である及びオイルポンプ１１ａに制御信号を出力するVTC駆動制御部２４及びポンプ駆動制御部２３（信号出力部）と、
を車両１の停止中に行う。よって、車両１の発進時における発進応答性を改善できる。

〔実施形態２〕
次に、実施形態２について説明する。基本的な構成は実施形態１と同様であるため、異なる点についてのみ説明する。図６は、実施形態２の内燃機関の制御装置の作動を表すフローチャートである。実施形態１では、先行車５の状態に基づいて自車両１の未来の走行状態を予測し、事前にオイルポンプ１１ａをONとした。これに対し、実施形態２では、車両１の走行している路面状態を検知し、未来の走行状態において加速が要求された場合、平坦路を走行している場合よりも、より大きなエンジントルクが要求される走行状態となることを予測する。

ステップS１１では、走行道路の登坂を検知する。登坂の検知としては、カメラ３の情報に基づいて登坂を検知してもよいし、出力トルクと車両加速度との関係に基づいて登坂を検知してもよいし、勾配検知センサ等のGセンサで検知してもよいし、地図システムのナビゲーション情報でもよい。また、基地局が特定車両のいち情報を取得し、基地局内において特定車両がどの走行道路を走行しているかに基づいて登坂を検知してもよい。
ステップS１２では、登坂が所定勾配Criteriaより大きいか否かを判断し、大きい場合はステップS１３に進み、それ以外の場合はステップS１１を繰り返す。
ステップS１３では、オイルポンプ１１ａをONとする。

ステップS１４では、自車のアクセル踏みこみ速度ｄθ／ｄｔを検知する。
ステップS１５では、ｄθ／ｄｔが所定加速度Criteriaより大きいか否かを判断し、大きい場合は運転者が加速を意図していると判断してステップS１６に進み、それ以外の場合はステップS１９に進む。
ステップS１６では、オイルポンプ１１ａのONを継続する。
ステップS１７では、VTC１１の角変換を行い、燃費優先からエンジントルクが増大することを優先するように制御する。
ステップS１８では、登坂が所定勾配Criteriaより小さいか否かを判断し、小さい場合はステップS１９に進み、それ以外の場合はステップS１６に進む。
ステップS１９では、オイルポンプ１１ａをOFFとする。

すなわち、車両１が登坂を走行している場合、運転者が加速を要求すると、より大きなエンジントルクが必要とされる走行状態であると言える。よって、運転者がアクセルペダルを踏み込む加速要求前の段階で、オイルポンプ１１ａをONにしておく。そして、アクセルペダルが踏み込まれ、その踏み込み速度ｄθ／ｄｔが所定加速度Criteriaより大きい場合は、運転者が加速要求を行ったと考えられるため、素早くVTC１１を作動して燃費よりもエンジントルクが増大することを優先するように制御する。これにより、運転者が加速を要求した際、素早くエンジントルクを増大させることができ、車両応答性を改善できる。

（他の実施形態）
以上、実施形態１，２について説明したが、他の実施形態にも本願発明を適用可能である。例えば、実施形態１では、先行車５と車両１との距離に基づいてオイルポンプ１１ａを事前にONとする例を示したが、先行車５の加速度を検知し、加速度が所定値以上のときは、未来において自車両１も加速状態に移行すると予測し、事前にオイルポンプ１１ａをONとしてもよい。
また、VTC１１を制御する際も、先行車５の加速状態に応じてエンジントルクを出力可能な状態に制御するようにしてもよい。
また、オイルポンプ１１ａをONとするだけでなく、先行車５の加速度が所定値以上の場合、オイルポンプ１１ａの吐出圧を通常よりも高い値に設定し、より応答性を高めるようにしてもよい。

また、実施形態２では、車外環境として登坂か否かを検知したが、登坂に限らず、制限速度や、道路のカーブ曲率などの車外環境を取得してもよい。制限速度が高い、例えば高速道路を走行する場合であれば、未来においてエンジントルクが必要となる走行状態であると予測でき、カーブ曲率が大きければ、車両１が減速を伴うため、エンジントルクはさほど必要ない走行状態と予測できる。

また、実施形態２では、登坂を検知し、登坂の場合にオイルポンプ１１ａをONとする制御を実施したが、登坂の傾斜が所定より大きな傾斜の場合、車両の未来の走行状態において更に大きなエンジントルクが要求されると予測し、VTC１１の角変換をよりエンジントルクが出力可能な状態に変更するように準備してもよい。

また、車外環境として交差点の信号機の色情報を取得してもよい。例えば、赤信号で車両停止中に青信号に切り替わった際、運転者のアクセルペダル操作よりも前にオイルポンプ１１ａをONとすることで、未来において車両が発進すると予測して準備する構成としてもよい。

以上説明した実施態様から把握しうる技術的思想について、以下に記載する。
車両に搭載された内燃機関の制御装置であって、
車外環境情報を取得する車外環境認識部と、
前記車外環境情報に基づき、前記車両の未来の走行状態を予測する走行状態予測部と、
前記車両の走行中に前記未来の走行状態に基づき、前記内燃機関の燃焼条件を変更する装置に制御信号を出力する信号出力部と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
さらに別の好ましい態様では、上記態様において、
前記車外環境情報は前記車両の前方を走行する先行車の加速度であり、
前記走行状態予測部では、前記先行車の加速度に応じて前記車両の未来の加速状態を予測し、
前記信号出力部では、前記未来の加速状態に応じて前記内燃機関の駆動中の燃焼条件を変更する装置に制御信号を出力する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
さらに別の好ましい態様では、上記態様において、
前記内燃機関の駆動中の燃焼条件を変更する装置は、可変容量型オイルポンプ及び前記可変容量型オイルポンプからの潤滑油によって駆動する油圧バルブタイミング制御装置であって、
前記信号出力部では、前記加速状態に応じて可変容量型オイルポンプを制御する信号を出力する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
さらに別の好ましい態様では、上記態様において、
前記走行状態予測部では、前記先行車の加速度が基準値よりも高い場合に、前記可変容量型オイルポンプの吐出圧を上げる
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
より好ましい態様では、上記態様において、
前記車外環境認識部はカメラ及び前記カメラで撮影された画像を処理する処理部である
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
より好ましい態様では、上記態様において、
前記車外環境認識部は、前記車両と、前記車両の前方を走行する先行車との間の距離を計測するセンサ及び前記距離を処理する処理部である
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
より好ましい態様では、上記態様において、
前記車外環境認識部は、前記車両の周辺の地図を有する地図システムであり、前記車外環境情報は道路の傾斜、制限速度、道路のカーブ曲率のうちの少なくとも一つであって、
前記走行状態予測部では、前記車外環境情報に応じて前記車両の未来の加速状態を予測し、
前記信号出力部では、前記未来の加速状態に応じて前記内燃機関の駆動中の燃焼条件を変更する装置に制御信号を出力する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
さらに別の好ましい態様では、上記態様において、
前記車外環境情報は前記車両の走行している道路の傾斜及び走行方向の先の道路の傾斜であって、
前記走行状態予測部では、前記車両の走行している道路の傾斜及び前記車両の走行方向の先の道路の傾斜に応じて前記車両の未来の加速状態を予測し、
前記信号出力部では、前記未来の加速状態に応じて前記内燃機関の駆動中の燃焼条件を変更する装置に制御信号を出力する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
さらに別の好ましい態様では、上記態様において、
前記走行状態予測部では、前記車両の走行している道路の傾斜に対して前記車両の走行方向の先の道路の傾斜が大きい場合に、前記車両の未来の加速が増加するとし、
前記信号出力部では、前記未来の加速の増加量に応じて前記内燃機関の駆動中の燃焼条件を変更する装置に制御信号を出力する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。

また、他の観点から、本技術的思想の制御装置は、その１つの態様において、
車両に搭載された内燃機関の制御装置であって、
車外環境情報を取得する車外環境認識部と、
前記車外環境情報に基づき、前記車両の未来の走行状態を予測する走行状態予測部と、
前記未来の走行状態に基づき、前記内燃機関の燃焼条件を変更する装置に制御信号を出力する信号出力部と、
を前記車両の停止中に行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
より好ましい態様では、上記態様において、
前記車外環境情報は前記車両用信号の色情報であり、
前記走行状態予測部では、前記色情報に応じて前記車両の未来の加速状態を予測し、
前記信号出力部では、前記未来の加速状態に応じて前記内燃機関の駆動中の燃焼条件を変更する装置に制御信号を出力する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。

また、他の観点から、本技術的思想の制御装置は、その１つの態様において、
基地局に配置され、特定車両を制御可能な制御装置であって、
前記特定車両の情報を取得する情報取得部と、
前記特定車両の情報に応じて、前記特定車両の未来の走行状態を予測する走行状態予測部と、
前記未来の走行状態に応じて、前記特定車両の内燃機関の燃焼条件を変更する制御信号を前記特定車両に向けて出力する信号出力部と、
を有することを特徴とする制御装置。
より好ましい態様では、上記態様において、
前記特定車両の情報は、前記特定車両の位置情報であり、
前記走行状態予測部は、前記位置情報と前記特定車両の周囲の地図情報から前記特定車両の未来の走行状態を予測する
ことを特徴とする制御装置。
より好ましい態様では、上記態様において、
前記走行状態予測部は、前記位置情報から前記特定の車両の走行している道路の傾斜及び走行方向の先の道路の傾斜に応じて前記特定車両の未来の加速度を予測し、
前記信号出力部は、前記特定車両の未来の加速度が所定よりも高い場合に、前記特定車両の内燃機関のトルクを上げる燃焼条件になるように制御信号を出力する
ことを特徴とする制御装置。

１ 車両
２ 車両情報センサ
３ カメラ
５ 先行車
１０ エンジン（内燃機関）
１１ VTC
１１ａ オイルポンプ
２０ コントローラ
２１ 車外環境認識部
２２ コントロールユニット（走行状態予測部）
２３ ポンプ駆動制御部（信号出力部）
２４ VTC駆動制御部（信号出力部）

Claims (14)

1. 車両に搭載された内燃機関の制御装置であって、
   車外環境情報を取得する車外環境認識部と、
   前記車外環境情報に基づき、前記車両の未来の走行状態を予測する走行状態予測部と、
   前記車両の走行中に前記未来の走行状態に基づき、前記内燃機関の燃焼条件を変更する装置に制御信号を出力する信号出力部と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記車外環境情報は前記車両の前方を走行する先行車の加速度であり、
   前記走行状態予測部では、前記先行車の加速度に応じて前記車両の未来の加速状態を予測し、
   前記信号出力部では、前記未来の加速状態に応じて前記内燃機関の駆動中の燃焼条件を変更する装置に制御信号を出力する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記内燃機関の駆動中の燃焼条件を変更する装置は、可変容量型オイルポンプ及び前記可変容量型オイルポンプからの潤滑油によって駆動する油圧バルブタイミング制御装置であって、
   前記信号出力部では、前記加速状態に応じて可変容量型オイルポンプを制御する信号を出力する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記走行状態予測部では、前記先行車の加速度が基準値よりも高い場合に、前記可変容量型オイルポンプの吐出圧を上げる
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 請求項４に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記車外環境認識部はカメラ及び前記カメラで撮影された画像を処理する処理部である
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
6. 請求項４に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記車外環境認識部は、前記車両と、前記車両の前方を走行する先行車との間の距離を計測するセンサ及び前記距離を処理する処理部である
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
7. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記車外環境認識部は、前記車両の周辺の地図を有する地図システムであり、前記車外環境情報は道路の傾斜、制限速度、道路のカーブ曲率のうちの少なくとも一つであって、
   前記走行状態予測部では、前記車外環境情報に応じて前記車両の未来の加速状態を予測し、
   前記信号出力部では、前記未来の加速状態に応じて前記内燃機関の駆動中の燃焼条件を変更する装置に制御信号を出力する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
8. 請求項７に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記車外環境情報は前記車両の走行している道路の傾斜及び走行方向の先の道路の傾斜であって、
   前記走行状態予測部では、前記車両の走行している道路の傾斜及び前記車両の走行方向の先の道路の傾斜に応じて前記車両の未来の加速状態を予測し、
   前記信号出力部では、前記未来の加速状態に応じて前記内燃機関の駆動中の燃焼条件を変更する装置に制御信号を出力する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
9. 請求項８に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記走行状態予測部では、前記車両の走行している道路の傾斜に対して前記車両の走行方向の先の道路の傾斜が大きい場合に、前記車両の未来の加速が増加するとし、
   前記信号出力部では、前記未来の加速の増加量に応じて前記内燃機関の駆動中の燃焼条件を変更する装置に制御信号を出力する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
10. 車両に搭載された内燃機関の制御装置であって、
    車外環境情報を取得する車外環境認識部と、
    前記車外環境情報に基づき、前記車両の未来の走行状態を予測する走行状態予測部と、
    前記未来の走行状態に基づき、前記内燃機関の燃焼条件を変更する装置に制御信号を出力する信号出力部と、
    を前記車両の停止中に行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
11. 請求項１０に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記車外環境情報は前記車両用信号の色情報であり、
    前記走行状態予測部では、前記色情報に応じて前記車両の未来の加速状態を予測し、
    前記信号出力部では、前記未来の加速状態に応じて前記内燃機関の駆動中の燃焼条件を変更する装置に制御信号を出力する
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
12. 基地局に配置され、特定車両を制御可能な制御装置であって、
    前記特定車両の情報を取得する情報取得部と、
    前記特定車両の情報に応じて、前記特定車両の未来の走行状態を予測する走行状態予測部と、
    前記未来の走行状態に応じて、前記特定車両の内燃機関の燃焼条件を変更する制御信号を前記特定車両に向けて出力する信号出力部と、
    を有することを特徴とする制御装置。
13. 請求項１２に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記特定車両の情報は、前記特定車両の位置情報であり、
    前記走行状態予測部は、前記位置情報と前記特定車両の周囲の地図情報から前記特定車両の未来の走行状態を予測する
    ことを特徴とする制御装置。
14. 請求項１３に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記走行状態予測部は、前記位置情報から前記特定の車両の走行している道路の傾斜及び走行方向の先の道路の傾斜に応じて前記特定車両の未来の加速度を予測し、
    前記信号出力部は、前記特定車両の未来の加速度が所定よりも高い場合に、前記特定車両の内燃機関のトルクを上げる燃焼条件になるように制御信号を出力する
    ことを特徴とする制御装置。

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