JP2024073958A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】騒音および振動に起因する違和感を抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。【解決手段】内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御部と、前記内燃機関の回転数を制御する回転数制御部と、を具備し、前記点火時期を進角させる場合、車速に基づいて、前記回転数制御部は前記回転数の変化のレートを制御する内燃機関の制御装置。【選択図】図４

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。

排気通路に内燃機関の排気を浄化する触媒が設けられる。点火時期の遅角などによって触媒を暖機し、浄化性能を高める（例えば特許文献１など）。

特開２００６－０７０８２０号公報

暖機完了後、点火時期を遅角側から進角側に変更する。内燃機関の回転数が変化することで、騒音および振動が発生し、車両の搭乗者に違和感を生じさせることがある。そこで、騒音および振動に起因する違和感を抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的は、内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御部と、前記内燃機関の回転数を制御する回転数制御部と、を具備し、前記点火時期を進角させる場合、車速に基づいて、前記回転数制御部は前記回転数の変化のレートを制御する内燃機関の制御装置によって達成することができる。

前記点火時期を進角させる場合であって、前記車速が所定の値以上である場合、前記回転数制御部は前記回転数の変化のレートを第１のレートとし、前記第１のレートで前記回転数を前記点火時期の進角前に比べて低下させ、前記点火時期を進角させる場合であって、前記車速が前記所定の値未満であり、かつ前記内燃機関の冷却水の温度が所定の温度以上である場合、前記回転数制御部は前記回転数の変化のレートを前記第１のレートより小さい第２のレートとし、前記第２のレートで前記回転数を低下させてもよい。

前記内燃機関の負荷率を制御する負荷率制御部を具備し、前記点火時期を進角させる場合であって、前記車速が前記所定の値未満であり、かつ前記内燃機関の冷却水の温度が所定の温度以上である場合、前記回転数制御部は前記第２のレートで前記回転数を低下させ、前記負荷率制御部は前記負荷率の変化のレートを第３のレートとし、前記第３のレートで前記負荷率を低下させ、前記点火時期を進角させる場合であって、前記車速が前記所定の値未満であり、かつ前記内燃機関の冷却水の温度が前記所定の温度未満である場合、前記回転数制御部は前記点火時期の進角前の回転数を維持し、前記負荷率制御部は前記負荷率の変化のレートを前記第３のレートより大きい第４のレートとし、前記第４のレートで前記負荷率を低下させてもよい。

前記内燃機関の排気を浄化する触媒が設けられ、前記点火時期制御部は、前記触媒の暖機中の点火時期に比べて、前記暖機の終了後の前記点火時期を進角させてもよい。

騒音および振動に起因する違和感を抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供できる。

図１は本実施形態に係る車両の概略構成図である。 図２はエンジンを例示する模式図である。 図３はＥＣＵが実行する処理を例示するフローチャートである。 図４はタイムチャートを例示する図である。

以下、図面を参照して本実施形態の内燃機関の制御装置について説明する。図１は本実施形態に係る車両１の概略構成図である。車両１は、ハイブリッド車両またはプラグインハイブリッド車両であり、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０、エンジン１０（内燃機関）、第１モータジェネレータ（以下「第１ＭＧ（Motor Generator）」と称する）１４（第１電動機）、第２モータジェネレータ（以下「第２ＭＧ」と称する）１５（第２電動機）、ＰＣＵ（Power Control Unit）１７、バッテリ１８、トーショナルダンパ１９、動力分割機構２０、減速機構２２、ディファレンシャルギヤ２４、および駆動輪２６を含む。エンジン１０はガソリンエンジンでもよいし、ディーゼルエンジンでもよい。エンジン１０、第１ＭＧ１４、および第２ＭＧ１５は、車両１の走行用動力源である。

第１ＭＧ１４および第２ＭＧ１５は電動機および発電機として機能する。第１ＭＧ１４および第２ＭＧ１５は、駆動電力が供給されることによりトルクを出力し、トルクが与えられることにより回生電力を発生させる。第１ＭＧ１４および第２ＭＧ１５は例えば交流回転電機である。交流回転電機は、例えば永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機である。

第１ＭＧ１４および第２ＭＧ１５は、ＰＣＵ１７を介してバッテリ１８に電気的に接続されている。ＰＣＵ１７は、第１ＭＧ１４または第２ＭＧ１５において発電された回生電力を用いてバッテリ１８を充電し、バッテリ１８の充電電力を用いて第１ＭＧ１４または第２ＭＧ１５を駆動する。ＰＣＵ１７は、第１ＭＧ１４と電力を授受する第１インバータ、第２ＭＧ１５と電力を授受する第２インバータ、およびコンバータを含む。コンバータは、バッテリ１８の電力を昇圧して第１および第２インバータに供給し、第１および第２インバータから供給される電力を降圧してバッテリ１８に供給する。第１インバータは、コンバータからの直流電力を交流電力に変換して第１ＭＧ１４に供給し、第１ＭＧ１４からの交流電力を直流電力に変換してコンバータに供給する。第２インバータは、コンバータからの直流電力を交流電力に変換して第２ＭＧ１５に供給し、第２ＭＧ１５からの交流電力を直流電力に変換してコンバータに供給する。

バッテリ１８は積層された複数の電池により構成される。電池は、例えば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池である。

動力分割機構２０は、例えばサンギア、プラネタリキャリア、ピニオンギア、およびリングギアを備えた遊星歯車機構である。エンジン１０のクランクシャフト２７は、トーショナルダンパ１９を介して、動力分割機構２０に連結されている。動力分割機構２０は、エンジン１０のクランクシャフト２７、第１ＭＧ１４の回転軸、および動力分割機構２０の出力軸を機械的に連結する。

減速機構２２は変速比を変更する多段式の自動変速機である。ＥＣＵ４０の制御により減速機構２２はギア比を変化させ、複数の動力伝達状態を切り換える。複数の動力伝達状態は、Ｎ（ニュートラル）レンジ、Ｄ（ドライブ）レンジ、Ｒ（リバース）レンジ、およびＰ（パーキング）レンジを含む。減速機構２２の代わりに、連続的にギア比を変更する無段変速機（ＣＶＴ：Continuously Variable Transmission）を採用してもよい。

動力分割機構２０の出力軸は、減速機構２２に連結されている。第２ＭＧ１５の回転軸も減速機構２２に連結されている。減速機構２２は、ディファレンシャルギヤ２４に連結されている。ディファレンシャルギヤ２４にはドライブシャフト２５が連結されている。ドライブシャフト２５の先端には駆動輪２６が取り付けられている。

エンジン１０、第１ＭＧ１４、および第２ＭＧ１５は、駆動力を発生させる駆動源として機能する。減速機構２２およびディファレンシャルギヤ２４を介して、エンジン１０、第１ＭＧ１４、および第２ＭＧ１５の各駆動力が駆動輪２６に伝達される。

ＥＣＵ４０は、車両１の制御装置であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算装置、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）などの記憶装置を備える。ＥＣＵ４０は、ＲＯＭや記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより各種制御を行う。

図２はエンジン１０を例示する模式図である。エンジン１０は例えば４気筒エンジンである。吸気通路３０および排気通路３２は、エンジン１０の４つの気筒に接続されている。空気は吸気通路３０を流れ、エンジン１０の気筒に供給される。吸気通路３０にはスロットルバルブ３４およびエアフローメータ３３が設けられている。空気の流れる方向の上流側から下流側にかけて、スロットルバルブ３４およびエアフローメータ３３がこの順番に配置されている。スロットルバルブ３４の開度が大きいほど、エンジン１０への空気の流量（吸気量）は多くなる。開度が小さいほど空気の流量は少なくなる。

エンジン１０の４つの気筒のそれぞれに、点火プラグ３６および燃料噴射弁３８が設けられている。燃料噴射弁３８は、気筒の内部に燃料を直接噴射する。気筒において、燃料と空気とは混合気を生成する。点火プラグ３６が混合気に点火することで、混合気が燃焼する。燃焼後の排気は、排気通路３２を通り車両１の外部に排出される。

排気通路３２には触媒３５が設けられている。触媒３５は例えば三元触媒などであり、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）および一酸化炭素（ＣＯ）などを浄化する。

車速センサ３１は車両１の速度（車速）を検出する。エアフローメータ３３は吸気量を検出する。回転数センサ３７はエンジン１０の回転数を検出する。温度センサ３９はエンジン１０の冷却水の温度（水温）を検出する。ＥＣＵ４０は、車速センサ３１から車速を取得し、エアフローメータ３３から流量を取得し、回転数センサ３７から回転数を取得し、温度センサ３９から水温を取得する。

ＥＣＵ４０は、エンジン１０、第１ＭＧ１４、第２ＭＧ１５、ＰＣＵ１７、およびバッテリ１８を制御する。ＥＣＵ４０は、バッテリ１８の充電率、バッテリ１８から出力される電力、第１ＭＧ１４および第２ＭＧ１５が発電する電力を取得する。ＥＣＵ４０は、燃料噴射弁３８からの燃料噴射量および噴射時期を制御する。ＥＣＵ４０は、点火プラグ３６による点火の時期を制御する点火時期制御部として機能する。ＥＣＵ４０は、スロットルバルブ３４の開度を調整し、エンジン１０に導入される空気の量を制御する。ＥＣＵ４０は負荷率制御部として機能する。負荷率とは、エンジン１０の最大吸気量に対する実際の吸気量の比である。ＥＣＵ４０は、負荷率および点火時期を調整することなどにより、エンジン１０の回転数を制御する回転数制御部として機能する。

触媒３５の浄化性能は温度に依存し、活性温度において高くなる。浄化性能を高めるために、ＥＣＵ４０は暖機制御を行い、例えば暖機制御以外の場合に比べて点火時期を遅角させる。暖機制御中、ＥＣＵ４０はスロットルバルブ３４を開弁させ、空気の流量を増加させる。エンジン１０のパワーは一定に維持される。

暖機制御の終了後、ＥＣＵ４０は点火時期を進角させ、空気の流量を減少させる。暖機制御中に比べて、エンジン１０のトルクは増加し、エンジン１０の回転数は低下する。トルクおよび回転数がそれぞれ最適値となることで、燃費が改善する。しかし、回転数が低下することで、振動および騒音が発生し、車両１の搭乗者に違和感を生じさせることがある。

車速が大きいとき、走行により発生する音（走行音）が大きい。回転数の低下によって発生する騒音は走行音に紛れ、聞こえにくくなる。車速が低いとき、走行音が小さい。騒音が相対的に大きく聞こえる。そこで、車速が大きいとき、回転数の変化に伴う騒音などの発生を許容する。回転数を速く変化させることで、燃費を改善させる。車速が低いとき、騒音などが発生しにくくなるように、回転数をゆっくりと変化させる。具体的には、エンジン１０に導入される空気の量を減少させ、回転数を制御する。

エンジン１０の温度が低いときに空気の量をゆっくりと減少させると、燃焼によって微粒子が発生し、排気が悪化する。排気の悪化を抑制するには、空気の流量を速く変化させればよい。実施形態では、騒音などの抑制と排気悪化の抑制とを両立させる。

図３はＥＣＵ４０が実行する制御を例示するフローチャートである。図３の処理が行われる直前に、暖機制御が行われる。ＥＣＵ４０は、暖機制御を終了させる（ステップＳ１０）。ＥＣＵ４０は車速センサ３１から車速Ｖを取得する（ステップＳ１２）。ＥＣＵ４０は、車速Ｖに基づいてエンジン１０の回転数を低下させるときの変化のレートを取得する（ステップＳ１４）。レートは例えば後述のｄ１およびｄ３などである。

ＥＣＵ４０は、車速Ｖが閾値Ｖｔｈ以上であるか否か判定する（ステップＳ１６）。肯定判定（Ｙｅｓ）の場合、ＥＣＵ４０はレートｄ１（第１のレート）で回転数を低下させる（ステップＳ１８）。このとき負荷率は低下する。ステップＳ１８の後、図３の処理は終了する。

ステップＳ１６で否定判定（Ｎｏ）の場合、ＥＣＵ４０は、温度センサ３９から水温Ｔを取得し、水温Ｔが所定の温度Ｔｔｈ未満であるか否か判定する（ステップＳ２０）。否定判定の場合、ＥＣＵ４０はレートｄ２（第２のレート）で回転数を低下させる（ステップＳ２２）。レートｄ２はレートｄ１より小さい。このとき負荷率は低下する。ステップＳ２２の後、処理は終了する。

ステップＳ２０で肯定判定の場合、ＥＣＵ４０は、エンジン１０に導入される空気の量を減少させ、負荷率を低下させる（ステップＳ２４）。ＥＣＵ４０は点火時期の制御などによりエンジン１０の回転数を一定に維持する（ステップＳ２６）。ステップＳ２６の後、処理は終了する。処理が再度行われ、水温ＴがＴｔｈ以上に上昇した場合、ステップＳ２２が行われ、回転数は低下する。

図４はタイムチャートを例示する図である。上段から順番に、車速Ｖ、水温Ｔ、触媒３５の暖機制御フラグ、エンジン１０の回転数、エンジン１０のトルク、点火時期、およびエンジン１０の負荷率を表す。横軸は時間を表す。

車速Ｖ１は所定の値Ｖｔｈより大きい。車速Ｖ２は所定の値Ｖｔｈより小さい。水温Ｔ１は所定の温度Ｔｔｈより高い。水温Ｔ２は所定の温度Ｔｔｈより低い。回転数、トルク、点火時期および負荷率のチャートにおいて、実線は車速がＶ１の例を表す。水温はＴｔｈ以上でもよいし、Ｔｔｈ未満でもよい。点線は車速がＶ２、暖機終了時の水温がＴ１の例を表す。破線は車速がＶ２、暖機終了時の水温がＴ２の例を表す。暖機制御中、回転数はＲ１であり、トルクはＴｒ１である。点火時期はＰ１であり、負荷率はＡ１である。

時間ｔａにおいて、暖機制御フラグがオンからオフに切り替わる。暖機制御が終了する（図３のステップＳ１０）。車速がＶ１の場合、実線に示すように、ＥＣＵ４０は点火時期をＰ１から進角させる。ＥＣＵ４０はスロットルバルブ３４の開度を小さくし、エンジン１０に導入される空気の量を減少させ、負荷率を低下させる。時間ｔｂに点火時期はＰ２になり、負荷率はＡ２まで低下する。エンジン１０の回転数はＲ１からＲ２に低下し、トルクはＴｒ１からＴｒ２に増加する。回転数の変化するレートは第１のレートｄ１である（図２のステップＳ１８）。回転数が速やかにＲ２へと変化する。

車速がＶ２、水温がＴ１の場合、点線で示すように、ＥＣＵ４０は点火時期をＰ１から進角させＰ２とする。点火時期の変化のレートは、実線の例に比べて小さい。点火時期はゆっくりと進角し、時間ｔｂより後の時間にＰ２となる。ＥＣＵ４０はスロットルバルブ３４の開度を制御し、空気の量を減少させる。負荷率が低下するレート（第３のレートｄ３）は、実線の例におけるレートより小さい。負荷率はＡ１からＡ２へとゆっくりと変化する。回転数の変化のレート（第２のレートｄ２）は第１のレートｄ１より小さい（図３のステップＳ２２）。時間ｔｂより後の時間に、回転数はＲ２になり、トルクはＴｒ２になる。

車速がＶ２、水温がＴ２の場合、破線で示すように、ＥＣＵ４０は、点火時期をＰ１より進角側であり、かつＰ２より遅角側の時期に変更し、当該点火時期を維持する。負荷率はＡ１から低下する。負荷率が変化するレート（第４のレートｄ４）は、点線の例における第３のレートｄ３より大きく、例えば実線の例のレートに等しい。時間ｔｂに負荷率はＡ２まで低下する（ステップＳ２４）。点火時期および負荷率の制御によって、時間ｔｃまで回転数は暖機制御中の値Ｒ１に維持される（ステップＳ２６）。トルクは暖機制御中の値Ｔｒ１に維持される。水温Ｔは上昇しており、時間ｔｃに閾値Ｔｔｈ以上になる。時間ｔｃにＥＣＵ４０は点火時期を進角させ、Ｐ２とする。回転数は低下し、Ｒ２になる。トルクは上昇し、Ｔｒ２になる。時間ｔｃ後における回転数およびトルクの変化のレートは、点線の例におけるレートより大きい。

本実施形態によれば、例えば暖機制御の終了後、ＥＣＵ４０は点火時期を進角させる。ＥＣＵ４０は、車速に基づいて、回転数の変化のレートを制御する。騒音などに起因する搭乗者への違和感を抑制することができる。

車速がＶｔｈ以上である場合、回転数の変化のレートをｄ１とする。回転数は速やかにＲ２になる。回転数をＲ２、トルクをＴｒ２とすることで、燃費を改善することができる。回転数が速やかに変化することで、騒音などが発生する恐れがある。車速がＶｔｈ以上と高いため、走行音が大きい。騒音は走行音に紛れ、搭乗者に聞こえにくい。搭乗者への違和感を抑制することができる。

車速がＶｔｈ未満かつ水温がＴｔｈ以上である場合、ＥＣＵ４０は回転数の変化のレートをｄ１より小さい第２のレートｄ２とする。回転数がゆっくりと変化するため、騒音などが発生しにくい。騒音などに起因する違和感を抑制することができる。負荷率の変化のレートは第３のレートｄ３である。

車速がＶｔｈ未満かつ水温がＴｔｈ未満である場合、ＥＣＵ４０は回転数を点火時期の進角前の値Ｒ１に維持する。回転数の変化が抑制されることで、騒音などが発生しにくい。搭乗者への違和感が抑制される。ＥＣＵ４０は負荷率の変化のレートをｄ３より大きい第４のレートｄ４とする。水温がＴｔｈ未満のように低いときに、負荷率がレートｄ４で速やかに変化する。排気の悪化が抑制される。

ＥＣＵ４０は点火時期を遅角させ、暖機制御を行う。暖機制御により触媒３５の温度が活性温度付近に上昇し、浄化性能が向上する。暖機制御の終了後、ＥＣＵ４０は点火時期、回転数および負荷率などを制御する。排気の改善と違和感の抑制とを両立することができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態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。

１ 車両、１０ エンジン、１４ 第１モータジェネレータ、１５ 第２モータジェネレータ、１７ ＰＣＵ、１８ バッテリ、１９ トーショナルダンパ、２０ 動力分割機構、２２ 減速機構、２４ ディファレンシャルギヤ、２５ ドライブシャフト、２６ 駆動輪、２７ クランクシャフト、３０ 吸気通路、３１ 車速センサ、３２ 排気通路、３３ エアフローメータ、３４ スロットルバルブ、３５ 触媒、３６ 点火プラグ、３７ 回転数センサ、３８ 燃料噴射弁、３９ 温度センサ、４０ ＥＣＵ

Claims (4)

1. 内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御部と、
   前記内燃機関の回転数を制御する回転数制御部と、を具備し、
   前記点火時期を進角させる場合、車速に基づいて、前記回転数制御部は前記回転数の変化のレートを制御する内燃機関の制御装置。
2. 前記点火時期を進角させる場合であって、前記車速が所定の値以上である場合、前記回転数制御部は前記回転数の変化のレートを第１のレートとし、前記第１のレートで前記回転数を前記点火時期の進角前に比べて低下させ、
   前記点火時期を進角させる場合であって、前記車速が前記所定の値未満であり、かつ前記内燃機関の冷却水の温度が所定の温度以上である場合、前記回転数制御部は前記回転数の変化のレートを前記第１のレートより小さい第２のレートとし、前記第２のレートで前記回転数を低下させる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記内燃機関の負荷率を制御する負荷率制御部を具備し、
   前記点火時期を進角させる場合であって、前記車速が前記所定の値未満であり、かつ前記内燃機関の冷却水の温度が所定の温度以上である場合、前記回転数制御部は前記第２のレートで前記回転数を低下させ、前記負荷率制御部は前記負荷率の変化のレートを第３のレートとし、前記第３のレートで前記負荷率を低下させ、
   前記点火時期を進角させる場合であって、前記車速が前記所定の値未満であり、かつ前記内燃機関の冷却水の温度が前記所定の温度未満である場合、前記回転数制御部は前記点火時期の進角前の回転数を維持し、前記負荷率制御部は前記負荷率の変化のレートを前記第３のレートより大きい第４のレートとし、前記第４のレートで前記負荷率を低下させる請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記内燃機関の排気を浄化する触媒が設けられ、
   前記点火時期制御部は、前記触媒の暖機中の点火時期に比べて、前記暖機の終了後の前記点火時期を進角させる請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
   

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