JP2022090318A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ストールを抑制しつつ運転状態を安定化させることができる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを課題とする。
【解決手段】内燃機関での混合気の実空燃比が目標空燃比に収束するように燃料噴射量を補正する空燃比フィードバック処理、及び前記内燃機関の回転数が閾値以下に低下した場合に前記燃料噴射量に増量補正する噴射増量処理、を実行可能な制御部と、前記空燃比フィードバック処理の実行により前記実空燃比が前記目標空燃比に収束したか否かを判定する判定部と、を備え、前記制御部は、前記判定部により肯定判定がなされた場合には、前記判定部により否定判定がなされた場合よりも、前記噴射増量処理を制限する、内燃機関の燃料噴射制御装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

内燃機関の回転数が共振回転数帯に含まれる際に、クラッチの作動状態を内燃機関の回転数が共振回転数帯に含まれる前の状態から変更する技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１７－１６５２６０号公報

内燃機関での混合気の実空燃比が、燃費や排気エミッション、加減速要求等を考慮して設定された目標空燃比に収束するように、燃料噴射量を補正する空燃比フィードバック処理が実行されている。また、内燃機関の回転数が閾値以下に低下した場合に、内燃機関の回転数を上昇させて内燃機関のストールを防止するために、燃料噴射量に増量補正分を加算する噴射増量処理が実行される場合がある。

例えば空燃比フィードバック処理により燃料噴射量を低下させて意図的に内燃機関の回転数を低下させている場合に、内燃機関の回転数が閾値以下にまで低下して噴射増量処理により燃料噴射量が増量補正されることが起こり得る。このようにして内燃機関の運転状態が不安定となるおそれがある。

このような内燃機関の運転状態が不安定となることを抑制するために、空燃比フィードバック処理の実行中において常に噴射増量処理を停止することが考えられる。しかしながら常に噴射増量処理を停止すると、内燃機関の回転数が閾値以下にまで低下した場合には、内燃機関がストールするおそれがある。

そこで本発明は、ストールを抑制しつつ運転状態を安定化させることができる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

上記目的は、内燃機関での混合気の実空燃比が目標空燃比に収束するように燃料噴射量を補正する空燃比フィードバック処理、及び前記内燃機関の回転数が閾値以下に低下した場合に前記燃料噴射量に増量補正する噴射増量処理、を実行可能な制御部と、前記空燃比フィードバック処理の実行により前記実空燃比が前記目標空燃比に収束したか否かを判定する判定部と、を備え、前記制御部は、前記判定部により肯定判定がなされた場合には、前記判定部により否定判定がなされた場合よりも、前記噴射増量処理を制限する、内燃機関の燃料噴射制御装置によって達成できる。

本発明によれば、ストールを抑制しつつ運転状態を安定化させることができる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供できる。

図１は、ハイブリッド車両の概略構成図である。 図２は、エンジンの概略構成図である。 図３は、ＥＣＵが実行する噴射増量処理を制限する制御の一例を示したフローチャートである。

［ハイブリッド車両の概略構成］
図１は、ハイブリッド車両の概略構成図である。ハイブリッド車両には、走行用の駆動源としてのエンジン１０とモータ１５が搭載されている。エンジン１０は内燃機関の一例である。エンジン１０には、エンジン１０をクランキングして始動させるためのスタータ２４が設けられている。同ハイブリッド車両におけるエンジン１０から車輪１３への動力伝達経路には、変速ユニット１１が設けられている。変速ユニット１１と左右の車輪１３とは、ディファレンシャル１２を介して駆動連結されている。

変速ユニット１１には、Ｋ０クラッチ１４とモータ１５とが設けられている。変速ユニット１１においてモータ１５は、エンジン１０から車輪１３への動力伝達経路上に位置するように設置されている。

Ｋ０クラッチ１４は、同動力伝達経路におけるエンジン１０とモータ１５との間の部分に位置するように設置されている。Ｋ０クラッチ１４は、油圧の供給を受けて完全係合状態となって、エンジン１０とモータ１５との動力伝達を接続する。Ｋ０クラッチ１４は、油圧供給の停止に応じて開放状態となって、エンジン１０とモータ１５との動力伝達を遮断する。また、Ｋ０クラッチ１４は、トルク伝達を開始してから完全係合するまでスリップ係合状態となる。尚、後述するＥＣＵ２３は、油圧制御機構２２によりＫ０クラッチ１４に供給される油圧の検出するセンサの出力値に基づいて、Ｋ０クラッチ１４が開放状態、スリップ係合状態、及び完全係合状態の何れであるかを把握できる。

モータ１５は、インバータ１７を介して車載バッテリ１６に接続されている。モータ１５は、車載バッテリ１６からの給電に応じて車両の駆動力を発生するモータとして機能する一方で、エンジン１０や車輪１３からの動力伝達に応じて車載バッテリ１６に充電する電力を発電する発電機としても機能する。モータ１５と車載バッテリ１６との間で授受される電力は、インバータ１７により調整されている。

変速ユニット１１には、トルク増幅機能を有した流体継ぎ手であるトルクコンバータ１８と、ギア段の切替えにより変速比を多段階に切替える有段式の自動変速機１９と、が設けられている。変速ユニット１１において自動変速機１９は、上記動力伝達経路におけるモータ１５よりも車輪１３側の部分に位置するように設置されている。そして、トルクコンバータ１８を介して、モータ１５と自動変速機１９とが連結されている。トルクコンバータ１８には、油圧の供給を受けて係合してモータ１５と自動変速機１９とを直結するロックアップクラッチ２０が設けられている。

さらに変速ユニット１１には、オイルポンプ２１と油圧制御機構２２とが設けられている。そして、オイルポンプ２１で発生した油圧が、油圧制御機構２２を介して、Ｋ０クラッチ１４、トルクコンバータ１８、自動変速機１９、及びロックアップクラッチ２０にそれぞれ供給されている。油圧制御機構２２には、Ｋ０クラッチ１４、トルクコンバータ１８、自動変速機１９、及びロックアップクラッチ２０のそれぞれの油圧回路と、それらの作動油圧を制御するための各種の油圧制御弁と、が設けられている。

ハイブリッド車両には、同車両の制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）２３が設けられている。ＥＣＵ２３は、車両の走行制御に係る各種演算処理を行う演算処理回路と、制御用のプログラムやデータが記憶されたメモリと、を備える電子制御ユニットである。ＥＣＵ２３は、内燃機関の燃料噴射制御装置の一例であり、詳しくは後述する制御部及び判定部を機能的に実現する。

ＥＣＵ２３は、エンジン１０及びモータ１５の駆動を制御する。例えばＥＣＵ２３は、インバータ１７を制御して、モータ１５と車載バッテリ１６との間での電力の授受量を調整することで、モータ１５のトルク制御を行う。さらにＥＣＵ２３は、油圧制御機構２２の制御を通じて、Ｋ０クラッチ１４やロックアップクラッチ２０、自動変速機１９の駆動制御を行う。ハイブリッド車両には運転者が走行レンジを選択操作可能なシフトレバー２５と、シフトレバー２５のシフトポジションを検出するシフトポジションセンサ２６とが設けられている。ＥＣＵ２３には、シフトポジションセンサ２６からの検出信号や、運転者のアクセルペダルの踏込量であるアクセルペダル開度などの検出信号が入力されている。

ＥＣＵ２３は、モータ走行モード、ハイブリッド走行モード、及びエンジン走行モードの何れかの走行モードでハイブリッド車両を走行させる。モータ走行モードでは、ＥＣＵ２３はＫ０クラッチ１４を開放してモータ１５の動力で車輪１３を回転させる。ハイブリッド走行モードでは、ＥＣＵ２３はＫ０クラッチ１４を係合してエンジン１０及びモータ１５の動力で車輪１３を回転させる。エンジン走行モードでは、ＥＣＵ２３はＫ０クラッチ１４を係合してエンジン１０の動力で車輪１３を回転させる。尚、走行モードの切替えは、車速やアクセルペダル開度から求められた車両の要求駆動力と、車載バッテリ１６の充電状態などに基づいて行われる。

［エンジンの概略構成］
図２は、エンジン１０の概略構成図である。エンジン１０には、混合気の燃焼を行う気筒３０が設けられている。同図には、エンジン１０が有する複数の気筒３０のうちの一つのみが表示されている。各気筒３０には、ピストン３１が往復動可能に収容されている。各気筒３０のピストン３１は、エンジン１０の出力軸であるクランク軸３３に、コネクティングロッド３２を介してそれぞれ連結されている。コネクティングロッド３２及びクランク軸３３は、ピストン３１の往復運動をクランク軸３３の回転運動に変換するクランク機構を構成する。なお、エンジン１０には、クランク軸３３の回転角を検出するクランク角センサ３４が設けられている。

エンジン１０の各気筒３０には、吸気の導入路である吸気通路３５が吸気バルブ３６を介して接続されている。エンジン１０の各気筒３０には、排気の排出路である排気通路３７が排気バルブ３８を介して接続されている。吸気通路３５には、吸入空気量を検出するエアフローメータ３９と、吸気の流量を調整するための弁であるスロットルバルブ４０と、が設けられている。エンジン１０には、気筒３０内に燃料を噴射する筒内噴射弁４１が、各気筒３０にそれぞれ設けられている。各気筒３０には、吸気通路３５を通じて導入された吸気と筒内噴射弁４１が噴射した燃料との混合気を火花放電により点火する点火装置４２が設けられている。排気通路３７には、排気浄化用の触媒装置４３が設けられ、触媒装置４３よりも上流側に空燃比を検出する空燃比センサ４４が設けられている。

ＥＣＵ２３には、クランク角センサ３４及びエアフローメータ３９の検出信号が入力される。ＥＣＵ２３は、クランク軸３３が既定の角度分回転する毎のクランク角の割り込み処理として、クランク角センサ３４の検出信号からエンジン回転数の演算を行う。ＥＣＵ２３は、スロットルバルブ４０の開度制御、筒内噴射弁４１の燃料噴射制御、点火装置４２の点火制御などを通じてエンジン１０の駆動を制御する。

［空燃比フィードバック処理］
ＥＣＵ２３は、エンジン１０の実空燃比が目標空燃比に収束するように、上述した燃料噴射量を補正する。具体的には、以下のようにして燃料噴射量を補正する。吸入空気量及びエンジン回転数に基づいて基本燃料噴射量を算出する。目標空燃比に対する実空燃比の偏差に基づいて、燃料噴射量の補正値の一つである空燃比フィードバック補正値を算出する。基本燃料噴射量を空燃比フィードバック補正値に基づいて補正して得られた燃料噴射量を、最終的な目標燃料噴射量に設定する。ここで空燃比フィードバック補正値を、上記偏差がゼロに近づく側に操作することで、気筒３０で燃焼する混合気の実空燃比を目標空燃比に収束させる。尚、目標空燃比は、燃費や排気エミッション、エンジン１０の運転状態や加減速要求に応じてＥＣＵ２３により設定される。尚、ＥＣＵ２３は、上述した空燃比センサ４４からの検出値に基づいて実空燃比を取得する。

［噴射増量処理］
ＥＣＵ２３は、エンジン１０の駆動制御中においてエンジン回転数が閾値α以下となった場合に、噴射増量処理を実行する。噴射増量処理は、エンジン回転数が閾値α以下となった場合に、エンジンストールを防止するために燃料噴射量を増量補正する処理である。具体的には、上述したように算出された基本燃料噴射量に、所定の増量補正分を加算した燃料噴射量が目標噴射量に設定される。尚、増量補正分は、エンジン回転数が閾値αよりも大きく低下するほど、増大するように、マップ又は演算式により予め定められている。

上記の閾値αは、Ｋ０クラッチ１４の状態やシフトレンジによって以下の閾値α１～α５の異なる値が用いられる。以下に、スタータ２４によるクランキングによりエンジン１０が始動する場合について説明する。スタータ２４によりエンジン１０が始動してＫ０クラッチ１４が開放状態の場合には、閾値α１が用いられる。その後にＫ０クラッチ１４がスリップ係合状態となると、閾値α２が用いられる。次にＫ０クラッチ１４が完全係合状態となった直後であってシフトポジションがニュートラルレンジＮの場合には、閾値α３が用いられる。シフトポジションがニュートラルレンジＮから前進走行レンジＤに切り替えられた場合には、閾値α４が用いられる。シフトポジションが前進走行レンジＤに切り替えられて所定時間経過後では、閾値α５が用いられる。以上の閾値α１～α５は、α１＞α２＞α３＞α４＞α５の関係が成立する。このように、エンジン１０の負荷が増大するほど閾値αは小さい値となる。このようにエンジン１０の負荷に応じて、噴射増量処理が実行されるエンジン回転数を切り替えることにより、より適切に噴射増量処理を実行できる。尚、スリップ係合状態ではモータ１５の回転数が低いほどエンジン１０の負荷は増大するため、モータ１５の回転数が低いほどスリップ係合状態での閾値α２も低い値となるように可変設定してもよい。

モータ走行モードからハイブリッド走行モードに切り替えられる際には、Ｋ０クラッチ１４がスリップ係合状態では閾値α２が用いられる。その後にＫ０クラッチ１４が完全係合状態となった直後であってシフトポジションが前進走行レンジＤの場合には、閾値α４が用いられる。シフトポジションが前進走行レンジＤからニュートラルレンジＮに切り替えられた直後では閾値α４が用いられる。シフトポジションがニュートラルレンジＮに切り替えられて所定時間経過後では、閾値α３が用いられる。尚、ＥＣＵ２３は、シフトポジションセンサ２６からの検出値に基づいてシフトポジションを取得する。

［噴射増量処理の制限］
次に、噴射増量処理の制限について説明する。図３は、ＥＣＵ２３が実行する噴射増量処理の制限の一例として、エンジンの運転状態に応じて定められる基本燃料噴射量のみを計算し、エンジン回転数に応じた前述の噴射増量処理を停止する制御の一例を示したフローチャートである。この制御は本ハイブリッド車両のシステム起動中に繰り返し実行される。

ＥＣＵ２３は、空燃比フィードバック処理の実行中であるか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１でＮｏの場合、例えば走行モードがモータ走行モードに制御されている場合には、本制御を終了する。

ステップＳ１でＹｅｓの場合、ＥＣＵ２３は、実空燃比が目標空燃比に収束したか否かを判定する（ステップＳ２）。具体的には、空燃比フィードバック処理の実行開始から所定期間経過した場合に、実空燃比が目標空燃比に収束したと判定する。「所定期間」は、空燃比フィードバック処理の実行開始から、実空燃比が目標空燃比を含む所定の範囲内に維持され実空燃比が安定したものとみなすことができるまでに要する期間である。この「所定期間」は、予め実験により取得されＥＣＵ２３のメモリに記憶されている。尚、ステップＳ２の処理は、空燃比センサ４４により検出された実空燃比と目標空燃比の差分が閾値以下となった場合に、実空燃比が目標空燃比に収束したと判定してもよい。ステップＳ１及びＳ２は、空燃比フィードバック処理の実行により実空燃比が目標空燃比に収束したか否かを判定する判定部が実行する処理の一例である。

ステップＳ２でＮｏの場合には、ＥＣＵ２３はエンジン回転数が閾値α以下となったか否かを判定する（ステップＳ３）。ステップＳ３でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ２３は上述した噴射増量処理を実行する（ステップＳ４）。ステップＳ３でＮｏの場合、本制御を終了する。

ステップＳ１及びＳ２でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ２３は噴射増量処理の実行を制限する（ステップＳ５）。具体的には、噴射増量処理を停止する。即ち、エンジン回転数が閾値α以下となっても燃料噴射量は増量補正されずに、空燃比フィードバック処理により燃料噴射量が補正される。また、実空燃比が目標空燃比に収束した状態では、エンジン１０の運転状態も比較的安定しているため、噴射増量処理が必要となるほどエンジン回転数が低下する事態に至ることも少ない。このようにして空燃比フィードバック処理の実行中に噴射増量処理が実行されることに起因してエンジン１０の運転状態が不安定となることを抑制することができる。ステップＳ５は、ステップＳ１及びＳ２により肯定判定がなされた場合に噴射増量処理の実行を制限する制御部が実行する処理の一例であり、本実施例では噴射増量処理を停止することにより噴射増量処理の実行を制限している。

また、ステップＳ３及びＳ４で上述したように、実空燃比が目標空燃比に収束していない状態では噴射増量処理が実行され得る。実空燃比が目標空燃比に収束していない状態では、エンジン１０の運転状態も安定していないためであり、このような状態に噴射増量処理を実行可能とすることにより、エンジン１０がストールすることを抑制できる。

［その他］
上記実施例では、噴射増量処理の実行の制限として、基本燃料噴射量のみを計算し噴射増量処理の実行自体を停止することを一例として説明したが、これに限定されない。例えば、基本燃料噴射量に加算する増量補正分をエンジン回転数によらずに常時ゼロに設定して噴射増量処理を実質的に実施しないことにより、噴射増量処理の実行を制限してもよい。また、増量補正分をエンジン回転数によらずに常時ゼロ以外の固定値に設定することにより、噴射増量処理の実行を制限してもよい。例えば、エンジン回転数が過度に低下しないように増量補正分を所定の固定値に設定することにより噴射増量処理の実行を制限してもよい。この場合、増量補正処理が制限されている場合での増量補正分を、噴射増量処理が制限されていない場合での増量補正分の最大値よりも小さい値に設定することが考えられ、例えば、噴射増量処理が制限されていない場合での取り得る増量補正分の範囲の中間値から最小値の間の固定値に設定してもよい。このような場合にも、空燃比フィードバック処理に対する噴射増量処理への影響を小さくし、エンジン１０の運転状態が不安定となることを抑制できる。

上記のエンジン１０では、気筒３０内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁４１が設けられていたが、これに限定されず、筒内噴射弁４１の代わりに、吸気ポートに向けて燃料を噴射するポート噴射弁が設けられていてもよいし、筒内噴射弁４１とポート噴射弁の双方が設けられていてもよい。筒内噴射弁４１とポート噴射弁の双方が設けられている場合には、噴射増量処理では、双方の噴射弁の合計の噴射量である基本噴射量に増量補正分が加算される。

上記のエンジン１０は、火花点火式のガソリンエンジンであるが、点火装置４２が設けられていない圧縮着火式であってもよく、例えばディーゼルエンジンであってもよい。

本実施例では、単一のＥＣＵ２３によりハイブリッド車両を制御する場合を例示したが、これに限定されず、例えばエンジン１０を制御するエンジンＥＣＵ、モータ１５を制御するモータＥＣＵ、Ｋ０クラッチ１４を制御するクラッチＥＣＵ等の複数のＥＣＵによって、上述した制御を実行してもよい。

上記実施例では、ハイブリッド車両を例に説明したが、これに限定されず、車両の駆動源としてエンジンのみを有した車両であってもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ エンジン
１１ 変速ユニット
１２ ディファレンシャル
１３ 車輪
１４ Ｋ０クラッチ
１５ モータ
１８ トルクコンバータ
１９ 自動変速機
２０ ロックアップクラッチ
２２ 油圧制御機構
２３ ＥＣＵ（内燃機関の燃料噴射制御装置）
２６ シフトポジションセンサ
３０ 気筒
４１ 筒内噴射弁
４４ 空燃比センサ

Claims (1)

1. 内燃機関での混合気の実空燃比が目標空燃比に収束するように燃料噴射量を補正する空燃比フィードバック処理、及び前記内燃機関の回転数が閾値以下に低下した場合に前記燃料噴射量に増量補正する噴射増量処理、を実行可能な制御部と、
   前記空燃比フィードバック処理の実行により前記実空燃比が前記目標空燃比に収束したか否かを判定する判定部と、を備え、
   前記制御部は、前記判定部により肯定判定がなされた場合には、前記判定部により否定判定がなされた場合よりも、前記噴射増量処理を制限する、内燃機関の燃料噴射制御装置。
   

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