JP3876547B2 - エンジントルク制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンのトルクを制御する装置に関し、特に、正負両域おいてエンジントルクの制御性能を改善したものである。
【０００２】
【従来の技術】
吸入空気量とエンジン回転速度から現在のエンジントルクを推定し、このエンジントルク推定値とエンジントルク指令値との比から燃料噴射すべき気筒数を演算するようにしたエンジントルク制御装置が知られている（例えば特開平３−１７２５５４号公報参照）。
また、エンジントルク指令値と全気筒運転した場合のエンジントルクとの比に応じて燃料供給停止（以下、燃料カットという）気筒数を演算するようにしたエンジントルク制御装置が知られている（特開平４−１６６６３２号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、エンジンは、全気筒燃料カットを行うと、燃焼トルクは０になるがエンジンフリクションやポンピングロスにより負のトルクが発生する。
しかしながら、上述した従来のエンジントルク制御装置では、エンジンブレーキ力、すなわち負のエンジントルクが考慮されていないので、エンジントルクを正負両域において定常的にも過渡的にも精度よく制御することができない、という問題がある。
【０００４】
本発明の目的は、正負両域おいてエンジントルクの制御性能を向上することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１） 請求項１の発明は、エンジントルク指令値Te_comに応じてスロットルバルブを開閉し、エンジンの吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段と、吸入空気量制御手段による吸入空気量制御時に、全気筒へ燃料を噴射して得られるエンジントルクTe1を推定する第１の推定手段と、吸入空気量制御手段による吸入空気量制御時に、全気筒への燃料供給を停止して得られるエンジントルクTe2を推定する第２の推定手段と、エンジントルク指令値Te_com、エンジントルク推定値Te1およびエンジントルク推定値Te2に基づいて、燃料供給停止すべき気筒数Nfcを演算する演算手段と、燃料供給停止気筒数Nfcにしたがってエンジンの気筒ごとに燃料供給停止制御を行う燃料供給停止制御手段とを備え、第１の推定手段によって、全気筒燃料噴射時に吸入空気量制御手段による吸入空気量制御で得られるエンジントルク下限値 Te0 と、エンジントルク指令値 Te_com と、吸入空気量制御手段によるエンジントルク応答遅れ特性Ｇ (s) とに基づいて演算式、
Te1 ＝Ｇ (s) ・（ Te_com − Te0 ）＋ Te0
によりエンジントルク Te1 を演算する。
（２） 請求項２のエンジントルク制御装置は、演算手段によって、演算式、
Nfc＝（全気筒数）・（Te1−Te_com）／（Te1−Te2）
により燃料供給停止気筒数Nfcを演算するようにしたものである。
（３） 請求項３のエンジントルク制御装置は、第２の推定手段によって、予め設定したエンジン回転速度とスロットルバルブ開度に対するエンジントルク Te2 のマップから、エンジン回転速度とスロットルバルブ開度に対応するエンジントルク Te2 を表引き演算するようにしたものである。
【０００６】
【発明の効果】
（１） 請求項１および請求項２の発明によれば、エンジントルクを正負両域において定常的にも過渡的にも精度よく制御することができる上に、エンジントルク制御における応答速度が比較的緩やかな吸入空気量制御と、応答速度の速い気筒別燃料カット制御とを併用する場合に、エンジントルク制御則に前者の遅い応答速度が考慮され、過渡的にエンジントルクを精度よく制御することができる。
（２） 請求項３の発明によれば、エンジンの吸入空気量を制御しているときに、全気筒燃料供給停止して得られるエンジントルクTe2を正確に推定することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は一実施の形態の構成を示す図である。
エンジン１は希薄燃焼可能なエンジンであり、吸入空気量を調節するためのスロットルバルブアクチュエータと、気筒ごとに燃料噴射量を調節するインジェクターと、点火時期が調節される点火プラグと、吸排気バルブの開閉時期を切り換えるための低回転用カムおよび高回転用カムとを備えている。無段変速機２はベルト式であり、プライマリー・プーリーとセカンダリー・プーリーの半径を油圧により変え、変速比を調節する。無段変速機はベルト式に限定されず、例えばトロイダル式などを用いることができる。なお、発進用にロックアップクラッチ付きトルクコンバーター（不図示）を備えている。
【０００８】
エンジンコントローラー３はマイクロコンピューターとその周辺部品から構成され、エンジン１のスロットルバルブ開度、気筒ごとの燃料噴射量および燃料カット、点火時期、吸排気バルブの開閉時期などを制御する。無段変速機コントローラー４はマイクロコンピューターとその周辺部品から構成され、無段変速機２の変速比を制御する。車両コントローラー５はマイクロコンピューターとその周辺部品から構成され、通信線を介してエンジンコントローラー３および無段変速機コントローラー４と通信を行い、エンジントルク、エンジン回転速度、変速比などを制御する。
【０００９】
車両コントローラー５には、アクセルセンサー６、従動輪速センサー７、駆動輪速センサー８、回転センサー９、スロットルセンサー１０などが接続される。アクセルセンサー６は、アクセルペダルの操作量Accを計測するためのセンサーである。従動輪速センサー７と駆動輪速センサー８は従動輪と駆動輪の回転速度Ｖ1、Ｖ2を計測するためのセンサーであり、従動輪と駆動輪の所定の回転角度ごとにパルス信号を出力する。回転センサー９はエンジン１の回転速度Ｎeを計測するためのセンサーであり、エンジン１の所定の回転角度ごとにパルス信号を出力する。スロットルセンサー１０はエンジン１のスロットルバルブ開度Tvoを計測する。なお、センサー６〜１０による計測値は、必要に応じてエンジンコントローラー３および無段変速機コントローラー４へ送信される。
【００１０】
図２は、車両コントローラー５のエンジントルク制御プログラムを示すフローチャートである。
車両コントローラー５は所定の時間間隔、この実施の形態では１０msごとにこの制御プログラムを実行する。ステップ１において、アクセルセンサー６によりアクセルペダルの操作量Accを計測するとともに、従動輪速センサー７と駆動輪速センサー８により従動輪速Ｖ1と駆動輪速Ｖ2を計測する。従動輪速Ｖ1と駆動輪速Ｖ2は、いずれもセンサー７，８のパルス間隔を計測し、その逆数を演算することにより求める。また、従動輪速Ｖ1に所定の定数を乗じて車速Ｖspを求める。
【００１１】
ステップ２で、予め設定した駆動軸トルクマップ（図６参照）から、アクセルペダル操作量Accと車速Ｖspに対応する通常走行用の駆動軸トルクTd_accを表引き演算する。ステップ３では、次式により駆動輪のスリップ率Ｓdを演算する。
【数１】
Ｓd＝（Ｖ2−Ｖ１）／Ｖ1
【００１２】
ステップ４において、次式により駆動輪のスリップを抑制するための駆動軸トルク低減値Td_tcsを演算する。
【数２】
Td_tcs＝Ｋ・（Ｓd−Ｓ0）
数式２において、Td_tcs≧０、Ｋは適合定数、Ｓ0は目標スリップ率である。
【００１３】
ステップ５では、次式により通常走行用駆動軸トルクTd_accからスリップ抑制用駆動軸トルク低減値Td_tcsを差し引いて駆動軸トルク指令値Td_comを演算する。
【数３】
Td_com＝Td_acc−Td_tcs
【００１４】
続くステップ６で、予め設定した変速比マップにより現在の車速Ｖspに対応する無段変速機２の変速比指令値G_comを決定するとともに、変速比指令値G_comと駆動軸トルク指令値Td_comとに基づいて次式によりエンジントルク指令値Te_comを演算する。
【数４】
Te_com＝Td_com／G_com／Ｇf
数式４において、Ｇfはファイナルギア比である。
【００１５】
ステップ７において、エンジンコントローラー３へエンジントルク指令値Te_comを送信するとともに、無段変速機コントローラー４へ変速比指令値G_comを送信する。
【００１６】
図３は、エンジンコントローラー３のエンジントルク制御プログラムを示すフローチャートである。
エンジンコントローラー３は、所定の時間間隔、この実施の形態では１０ms間隔でこの制御プログラムを実行する。ステップ１１において、エンジントルク指令値Te_comを入力するとともに、回転センサー９によりエンジン１の回転速度Ｎeを計測し、スロットルセンサー１０によりスロットルバルブ開度Tvoを計測する。続くステップ１２で、予め設定したエンジントルクマップ（図７参照）から、エンジントルク指令値Te_comとエンジン回転速度Ｎeに対応するスロットルバルブ開度指令値Tvo_comを表引き演算する。
【００１７】
ステップ１３では、全気筒が燃料噴射状態で、且つスロットルバルブを全閉にした場合のエンジントルクTe0を推定する。つまり、エンジントルクTe0は、全気筒燃料噴射時に吸入空気量を制御して得られるエンジントルクの下限値である。具体的には、予め設定したエンジントルクマップ（図８参照）から、エンジン回転速度Ｎeに対応するエンジントルクTe0を表引き演算する。
【００１８】
続くステップ１４で、全気筒が燃料噴射状態で、且つ現在のスロットルバルブ開度Tvoで達成できるエンジントルクTe1を、次式により推定する。
【数５】
Te1＝Ｇ(s)・（Te_com−Te0）＋Te0
数式５において、ｓはラプラス演算子、Ｇ(s)はスロットルバルブ開度操作による吸入空気量制御を行った場合のエンジントルク応答遅れ特性（緩応答特性）である。なお、数式５は連続時間系の伝達関数表現で記述した式であり、実際には離散化した演算式となる。
【００１９】
ステップ１５で、全気筒が燃料カット状態で、且つ現在のスロットルバルブ開度Tvoで達成できるエンジントルクTe2を推定する。具体的には、予め設定したエンジントルクマップ（図８参照）から、エンジン回転速度Ｎeとスロットルバルブ開度Tvoに対応するエンジントルクTe2を表引き演算する。
【００２０】
ステップ１６において、燃料カット気筒数Nfcを次式により演算する。
【数６】
Nfc＝Ｎ・（Te1−Te_com）／（Te1−Te2）
数式６において、Ｎは全気筒数である。なお、燃料カット気筒数Nfcは整数でなければならないから、この実施の形態では四捨五入により燃料カット気筒数Nfcを算出する。
【００２１】
ステップ１７で、気筒ごとの点火順序や触媒温度などを考慮して実際に燃料をカットする気筒を決定し、燃料カット制御を行う。続くステップ１８で、スロットルバルブ開度指令値Tvo_comにしたがってスロットルバルブアクチュエーターの電流制御を行う。
【００２２】
図４は、エンジントルク指令値Te_comがステップ状に減少したときの、全気筒燃料噴射状態且つスロットルバルブ全閉時のエンジントルクTe0、全気筒燃料噴射状態且つスロットルバルブ開度TvoのときのエンジントルクTe1、および全気筒燃料カット状態且つスロットルバルブ開度TvoのときのエンジントルクTe2の時間変化を示す。
全気筒燃料噴射状態且つスロットルバルブ全閉時のエンジントルクTe0と、全気筒燃料カット状態且つスロットルバルブ開度TvoのときのエンジントルクTe2は、エンジントルク指令値Te_comの変化とは無関係であり、常に一定の値を示す。一方、全気筒燃料噴射状態且つスロットルバルブ開度TvoのときのエンジントルクTe1は、エンジントルク指令値Te_comのステップ状の減少にともなって徐々に減少する。
【００２３】
Te1とTe_comとの差▲１▼は、エンジントルクを低減しなければならない量である。また、Te2はエンジン１のフリクションやポンピングロスによる負のトルクの合計値であるから、Te1とTe2との差▲２▼は、全気筒で混合気を燃焼することにより得られる燃焼トルクである。したがって、正負両値をとり得るエンジントルク指令値Te_comを達成するためには、トルク低減量（Te1−Te_com）と燃焼トルク（Te1−Te2）との比を全気筒数Ｎに乗ずることによって、燃料カット気筒数Nfcを演算することができる。
【００２４】
気筒別の燃料カットを行うことによって、エンジントルクを応答よく、精度よく制御できる。一方、エンジントルク指令値Te_comに応じてスロットルバルブ開度を制御することによって、緩やかな応答特性ではあるが、吸入空気量によりエンジントルクを制御することができる。つまり、高速応答を要するトルク低減要求に対しては燃料カット制御により対応し、定常的には吸入空気量の制御により対応することによって、エンジントルクを正負両域において過渡的にも定常的にも精度よく安定に制御することができる。
【００２５】
図５は、８気筒エンジンを用いた一実施の形態のシュミレーション結果を示す。（ａ）は上述したエンジントルクTe0、Te1、Te2と、エンジントルク指令値Te_comと、実際のエンジントルクTeを示す。（ｂ）はスロットルバルブ開度指令値Tvo_comと実際のスロットルバルブ開度Tvoを示す。（ｃ）はエンジン回転速度Neを示し、（ｄ）は燃料カット気筒数Nfcを示す。
エンジントルク指令値Te_comを１５０Nmから０Nmへのステップ状に変化させたときに、段階的に気筒別の燃料カットが実行され、実際のエンジントルクTeが指令値Te_comにすばやく、精度よく追従している。
【００２６】
このように、エンジントルク指令値Te_comに応じてスロットルバルブを開閉しエンジンの吸入空気量を制御しているときに、全気筒燃料噴射して得られるエンジントルクTe1を推定するとともに、全気筒燃料供給停止して得られるエンジントルクTe2を推定し、エンジントルク指令値Te_com、エンジントルク推定値Te1およびエンジントルク推定値Te2に基づいて、燃料供給停止すべき気筒数Nfcを演算式、
Nfc＝（全気筒数）・（Te1−Te_com）／（Te1−Te2）
により演算する。そして、演算結果の燃料供給停止気筒数Nfcにしたがって、エンジンの気筒ごとに燃料供給停止制御を行うようにしたので、エンジントルクを正負両域において定常的にも過渡的にも精度よく制御することができる。
【００２７】
また、全気筒燃料噴射時に吸入空気量制御で得られるエンジントルク下限値Te0と、エンジントルク指令値Te_comと、吸入空気量制御手段によるエンジントルク制御特性Ｇ(s)とに基づいて、演算式、
Te1＝Ｇ(s)・（Te_com−Te0）＋Te0
によりエンジントルクTe1を演算するようにしたので、エンジントルク制御における応答速度が比較的緩やかな吸入空気量制御と、応答速度の速い気筒別燃料カット制御とを併用する場合に、エンジントルク制御則に前者の遅い応答速度が考慮され、過渡的にエンジントルクを精度よく制御することができる。
【００２８】
さらに、予め設定したエンジン回転速度とスロットルバルブ開度に対するエンジントルクTe2のマップから、エンジン回転速度とスロットルバルブ開度に対応するエンジントルクTe2を表引き演算するようにしたので、エンジンの吸入空気量を制御しているときに、全気筒燃料供給停止して得られるエンジントルクTe2を正確に推定することができる。
【００２９】
以上の一実施の形態の構成において、エンジンコントローラー３が吸入空気量制御手段、第１の推定手段、第２の推定手段、演算手段および燃料供給停止制御手段それぞれ構成する。
【００３０】
なお、本発明は８気筒エンジンに限定されず、２気筒以上の多気筒エンジンに対して適用できる。
また、エンジントルクTe1および燃料カット気筒数Nfcの演算式は上述した実施の形態に限定されない。エンジントルクTe0、Te2の推定方法も上述した実施の形態に限定されない。
さらに、上述した一実施の形態では無段変速機を用いた例を示したが、有段変速機を装備した車両に対しても本発明を適用できる。
上述した一実施の形態では車両のエンジンを例に上げて説明したが、本発明は車両以外に用いられるエンジン（内燃機関）に対して適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 一実施の形態の構成を示す図である。
【図２】 車両コントローラーのエンジントルク制御プログラムを示すフローチャートである。
【図３】 エンジンコントローラーのエンジントルク制御プログラムを示すフローチャートである。
【図４】 エンジントルク指令値Te_comがステップ状に減少したときの、全気筒燃料噴射状態且つスロットルバルブ全閉時のエンジントルクTe0、全気筒燃料噴射状態且つスロットルバルブ開度TvoのときのエンジントルクTe1、および全気筒燃料カット状態且つスロットルバルブ開度TvoのときのエンジントルクTe2の時間変化を示す図である。
【図５】 ８気筒エンジンを用いた一実施の形態のシュミレーション結果を示す図である。
【図６】 駆動軸トルクマップを示す図である。
【図７】 エンジントルクマップを示す図である。
【図８】 エンジントルクマップを示す図である。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 無段変速機
３ エンジンコントローラー
４ 無段変速機コントローラー
５ 車両コントローラー
６ アクセルセンサー
７ 従動輪速センサー
８ 駆動輪速センサー
９ 回転センサー
１０ スロットルセンサー

Claims (3)

1. エンジントルク指令値Te_comに応じてスロットルバルブを開閉し、エンジンの吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段と、
   前記吸入空気量制御手段による吸入空気量制御時に、全気筒へ燃料を噴射して得られるエンジントルクTe1を推定する第１の推定手段と、
   前記吸入空気量制御手段による吸入空気量制御時に、全気筒への燃料供給を停止して得られるエンジントルクTe2を推定する第２の推定手段と、
   エンジントルク指令値Te_com、エンジントルク推定値Te1およびエンジントルク推定値Te2に基づいて、燃料供給停止すべき気筒数Nfcを演算する演算手段と、
   燃料供給停止気筒数Nfcにしたがってエンジンの気筒ごとに燃料供給停止制御を行う燃料供給停止制御手段とを備え、
   前記第１の推定手段は、全気筒燃料噴射時に前記吸入空気量制御手段による吸入空気量制御で得られるエンジントルク下限値 Te0 と、エンジントルク指令値 Te_com と、前記吸入空気量制御手段によるエンジントルク応答遅れ特性Ｇ (s) とに基づいて演算式、
   Te1 ＝Ｇ (s) ・（ Te_com − Te0 ）＋ Te0
   によりエンジントルク Te1 を演算することを特徴とするエンジントルク制御装置。
2. 請求項１に記載のエンジントルク制御装置において、
   前記演算手段は、演算式、
   Nfc＝（全気筒数）・（Te1−Te_com）／（Te1−Te2）
   により燃料供給停止気筒数Nfcを演算することを特徴とするエンジントルク制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のエンジントルク制御装置において、
   前記第２の推定手段は、予め設定したエンジン回転速度とスロットルバルブ開度に対するエンジントルク Te2 のマップから、エンジン回転速度とスロットルバルブ開度に対応するエンジントルク Te2 を表引き演算することを特徴とするエンジントルク制御装置。

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