JP4269925B2 - エンジンの燃料供給停止制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の減速中にエンジンへの燃料供給を停止制御する装置に関する。

燃料を燃焼することによりトルクを発生するエンジンを搭載する車両では、運転者による減速要求が検出されると（例えば車両走行中に運転者のアクセルＯＦＦ操作に伴ってアイドルスイッチのＯＮを検出した場合）、主として燃費向上の面から、燃料供給の停止すなわち燃料カットを行う。しかしながら、減速要求の検出直後に燃料カットを行うと、未だ車両の走行慣性力が大きい状態で減速抵抗が急激に大きくなるために、いわゆるトルクショックが大きくなり、乗り心地を損ねてしまう。このようなトルクショックを軽減する技術として、特許文献１では、自動変速機の出力軸にトルクセンサを取り付けて、減速要求が検出された後、トルクセンサにより検出されるトルクが非減速の方向から反転すると、燃料カットを行っている。
特開平６−５８１８７号公報

減速要求を検出してから燃料カットを行う時期が遅すぎると、エンジンと車軸との間に介装されるギヤ機構であるディファレンシャルギヤの部位で、エンジン側から車軸側へ伝達するトルクが０（ゼロ）の近傍で停滞し、ディファレンシャルギヤのギヤ噛み合い部分に不可避的に存在するバックラッシュ間でギヤが空転して、望ましくない振動すなわち車両共振を招き、車両前後方向加速度が変動して、乗り心地を損ねるおそれがある。特に、手動変速機又はトルクコンバータのロックアップ機構を含む自動変速機を備え、エンジンと車軸とが実質的に直結している状態では、上記の車両共振による乗り心地の悪化が顕著に現れ易い。

上記の特許文献１のように、トルクセンサにより自動変速機の出力軸トルクを検出し、その反転時期に基づいて燃料カットを行う場合、ディファレンシャルギヤのバックラッシュによる空転期間分、更には自動変速機の出力軸が僅かではあるが捻れを許容する分、燃料カットのタイミングが若干遅くなり、バックラッシュに起因する車両共振現象を効果的に抑制できない。また、この特許文献１では、トルクセンサの付加分によりコストが余分にかかってしまう。

他の案として、減速要求を検出してから燃料カットを開始するまでのディレイ時間を、スロットルの戻し速度，ギヤ比及びエンジン回転数等を含む多くの車両運転条件を考慮して求めることも考えられる。しかしながら、この場合、多くの車両運転条件に対してディレイ時間を適合しなければならないため、適合工数が増し、演算負荷が増大するとともに、多くの車両運転条件とディレイ時間との関係を予め設定してＲＯＭ値として記憶しておかなければならず、メモリ使用量が増加する。また、適合する車両運転条件が増えるほど、その経時劣化や誤差等のばらつきが増し、ひいては燃料カットのタイミングが不正確となり、やはり乗り心地を損ねるおそれがある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、簡易かつ正確に燃料カットのタイミングを適正化し、乗り心地を向上し得る新規なエンジンの燃料供給停止制御装置を提供することを目的としている。

エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
運転者の減速要求を検出する減速要求検出手段と、
エンジンが出力するエンジントルクの推定値を推定するエンジントルク推定手段と、を有する。上記減速要求が検出され、上記エンジントルクの推定値が所定のトルク判定値未満であり、かつ、上記エンジン回転数の変化方向が低下方向から増加方向へ反転する反転時期に、燃料供給を停止する。

本発明によれば、車両減速中のエンジントルクの推定値が所定のトルク判定値未満であり、かつ、車両共振に関連するエンジン回転数の変化、具体的にはその変化方向が低下方向から増加方向へ反転するタイミングで、燃料供給の停止を行っており、これにより、容易かつ正確に燃料カットの開始時期を適正化し、乗り心地を向上することができる。既存のエンジンで一般的に用いられる入力信号であるエンジン回転数の変化方向が反転するタイミングで燃料カットを行うので、上述したように数多くの車両運転条件（パラメータ）を考慮して燃料カットのディレイ期間や開始時期を演算するものに比して、演算負荷やメモリ使用量を大幅に軽減できるとともに、経時劣化や誤差等によるばらつきが抑制・回避され、かつ、トルクセンサ等の部品を敢えて追加する必要がないので、既存のエンジンに実質的にコストの増加を招くことなく容易に適用可能である。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例に係るエンジンの燃料供給停止制御装置が適用される車両のハードウェア構成を簡略的に示している。エンジン１から一対の駆動輪２を繋ぐ車軸（ドライブシャフト）３への動力伝達経路には、変速機４及びディファレンシャルギヤ５が介装されている。エンジン１は、例えば周知のガソリンエンジンやディーゼルエンジンであり、燃料を燃焼することによりエンジントルクを出力する。変速機４は、エンジン１と車軸３とを実質的に直結可能な、手動変速機あるいはトルクコンバータのロックアップ機構を含む自動変速機である。ディファレンシャルギヤ５は、変速機４の出力軸６と車軸３との間に介装されるファイナルギヤ機構であって、かつ、周知のように左右の駆動輪２の回転速度の差を許容する機能を有する。なお、ディファレンシャルギヤ５のようなギヤ機構は、ギヤ噛み合い部分の歯面間にバックラッシュが不可避的に存在する。

エンジンコントロールユニット７は、後述する各種センサ８〜１１等からの入力信号に基づいて、エンジン１へ指令信号を出力し、燃料噴射時期，燃料噴射量，点火時期及びスロットル開度等を制御する。また、エンジンコントロールユニット７は、車両減速中に、エンジン１の各気筒への燃料供給の停止、すなわち燃料カットを行う。

図２は、この燃料カットの制御の流れを示すフローチャートである。この演算ルーチンは、例えばエンジンコントロールユニット７に記憶され、かつ、極短い所定期間（例えば１０ｍｓ、あるいは所定クランク角）毎に繰り返し実行される。
ステップ（図ではＳと記す）１では、運転者による車両の減速要求を検出したか、つまり燃料カットを行うべき所定の車両減速状態にあるかを判定する。具体的には、車速センサ８により検出される車速が所定値以上、つまり車両走行中であり、かつ、エンジン１のスロットル弁（図示省略）が全閉となったことを示すアイドルスイッチ９がＯＮすなわち「１」等の条件が成立するときに、車両減速状態であると判定する。あるいは、車両走行中であり、かつ、アクセル開度センサ１０により検出されるアクセル開度が全閉である等の条件が成立する場合に、車両減速状態であると判定しても良い。

ステップ２では、エンジン回転数の過度な低下を防止するために、クランク角センサ等のエンジン回転数センサ１１により検出・演算されるエンジン回転数（速度）ＮＥが、リカバー回転数である所定の回転数判定値ＮＥ０を超えているかを判定する。この判定値ＮＥ０は、定常的なアイドル回転数よりも高い例えば９００〜１０００ｒｐｍ程度であり、典型的には水温等に基づいてマップ検索される。

ステップ３では、エンジン１より出力されるエンジントルクの推定値ＴＥＮＧが、所定のトルク判定値ＴＥＮＧ０未満であるかを判定する。エンジン推定値ＴＥＮＧは、例えば以下のように演算・推定される。先ず、上記のエンジン回転数ＮＥと燃料噴射量（パルス幅）ＴＰとに基づいて、予めＲＯＭに記憶させてある所定のトルクマップを参照して、最適点火時期ＭＢＴで、かつ補機負荷のない状態に相当する基本エンジントルクの推定値を推定する。この基本エンジントルク推定値に対し、点火時期のリタード分と補機負荷分とを加味した補正を行い、上記のエンジントルク推定値ＴＥＮＧを算出する。上記のトルク判定値ＴＥＮＧ０は、理想的には０（ゼロ）であるが、ここでは推定精度の誤差やばらつきを勘案して、０より僅かに大きい値、例えば、数Ｎｍ（５〜７Ｎｍ）程度としている。但し、後述するように、最終的な燃料カットの開始時期Ｔ２の判定はステップ４及び５でのエンジン回転数ＮＥの変化方向の反転をトリガとして行われるので、このようにトルク判定値ＴＥＮＧ０を０より大きくしても、燃料カットの開始時期の設定精度が低下することはない。

ステップ４では、前回の（１演算前の）エンジン回転数の変化量ΔＮＥｚが負の値であるかを判定する。言い換えると、前回のエンジン回転数の変化方向が低下方向（エンジン回転数が低下中）であるかを判定する。エンジン回転数の前回変化量ΔＮＥｚは、例えば本ルーチンの２演算前でのエンジン回転数と１演算前のエンジン回転数との差を記憶した値が用いられる。

ステップ５では、今回のエンジン回転数の変化量ΔＮＥが正の値であるかを判定する。言い換えると、今回のエンジン回転数の変化方向が増加方向（エンジン回転数が上昇中）であるかを判定する。エンジン回転数の今回変化量ΔＮＥは、例えば本ルーチンの１演算前でのエンジン回転数と今回のエンジン回転数との差が用いられ、かつ、この値が次回の演算での前回値ΔＮＥｚとして更新・記憶される。

従って、エンジン回転数ＮＥの変化方向が低下方向から増加方向へ反転する反転時期Ｔ２（図３参照）に、ステップ４及びステップ５の双方が肯定されることになる。上述したステップ１〜５の判定が全て肯定された場合に限り、ステップ６へ進み、燃料供給の停止すなわち燃料カットを開始する。具体的には、燃料カットフラグＦＣＵＴを「０」から「１」へ切り換える。このフラグＦＣＵＴの切換に基づいて、図示せぬ他のルーチンによりエンジン１の各気筒への燃料供給が停止されることとなる。なお、この燃料カットは、全気筒であってもよく、あるいは幾つかの気筒（例えば半分の気筒）のみ行うようにしても良い。

図３は、燃料カットを伴う車両減速時のタイムチャートである。図中、実線の特性は、上述した本実施例の燃料カット制御を適用した場合の特性であり、破線の特性は、燃料カットを開始するタイミングＴ３が本実施例のタイミングＴ２よりも遅い比較例の特性を示している。

図３のＴ１は、車両走行中にアイドルスイッチが１になりステップ１の判定が肯定に切り替わるタイミングであり、車両の減速要求が検出されて車両減速状態へ移行するタイミングに相当する。車両減速状態に移行すると、燃料供給を直ぐには停止せずに、スロットル弁を閉じることにより、エンジントルクが良好に低下し、これに応じて車軸３に作用するドライブシャフトトルクも低下していく。なお、図３のドライブシャフトトルクは、エンジンにより駆動されている状態を正の値としている。従って、ドライブシャフトトルクが負の値のときには、車軸３側よりエンジン１側へトルクが伝達され、このトルクによりエンジン１のクランクシャフトが実質的に回転駆動されている状態である。

ディファレンシャルギヤ５のギア噛み合い歯面間には不可避的にバックラッシュが存在する。従って、比較例のように、燃料供給状態での車両減速中に、エンジントルクがほぼ０となった以降も燃料供給が継続され続けると、ディファレンシャルギヤ５の部位でエンジンから車軸へ伝達するトルクがほぼ０（ゼロ）の近傍で停滞し、バックラッシュに起因する振動すなわち車両共振を招き、車両前後方向の加速度が変動して、乗り心地の低下を招いてしまう。しかしながら、上述したように、ディファレンシャルギヤ５の部位でのトルクを正確に検出することは非常に困難であり、また、トルクセンサ等を設けるとコストの増加を招く。

本出願人の研究により、上記の車両共振がディファレンシャルギヤ５のバックラッシュ間でギヤが空転することにより開始し、この空転に伴って、エンジン回転数の変化方向が一時的に低下方向から増加方向へ反転することを見い出した。従って、本実施例のように、エンジン回転数ＮＥの変化方向が低下方向から増加方向へ反転する反転時期Ｔ２（ステップ４及びステップ５の双方が肯定されるとき）に、燃料カットを開始することにより、車両共振を招くギヤの空転直後にエンジントルクを急速に低下し、バックラッシュに起因する車両共振を有効に防止することができる。すなわち、燃料カットの開始時期を適正化し、車両減速状態での操安性を向上することができる。

車両減速状態へ移行してからエンジントルクが０となるまでの過渡期ΔＴに、図３の符号Ｔ４で示すように、スロットル弁を閉じることによるエンジントルクの低下に車両側が良好に追従できず、車両前後方向加速度，ドライブシャフトトルク及びエンジン回転数ＮＥが一時的に変動することがある。このような変動は不可避的かつ単発的に生じるものであり、搭乗者に大きな違和感を与えることはない。このような変動時Ｔ４に、図３に示すようにエンジン回転数ＮＥの変化方向が低下方向から増加方向へ反転することがある。本実施例では、ステップ３の判定処理により、エンジントルク推定値ＴＥＮＧが判定値ＴＥＮＧ０よりも低下した場合、つまりエンジントルクが十分に０に近づいた場合に限り、燃料カットを行うようにしているために、上述した変動時Ｔ４に誤って燃料カットが開始されることを防止することができる。

燃料カットの開始判定に用いられるエンジン回転数ＮＥは大半のエンジンで用いられるエンジン回転数センサ１１により検出でき、かつ、エンジンが出力するエンジントルクの推定値ＴＥＮＧも既存のセンサ類を利用して推定できるので、本実施例では実質的にトルクセンサ等の部品の増加を招くことがない。また、燃料カットの開始の判定を、実質的にエンジン回転数ＮＥの変化方向の反転により行っているので、上述したように数多くの車両運転条件を考慮して燃料カットのディレイ時間や開始時期を求める場合に比して、演算負荷及びメモリ使用量が大幅に軽減されるとともに、経時劣化や誤差の影響が少なく、信頼性・安定性に優れている。

言い換えると、本実施例では、エンジントルクの推定値ＴＥＮＧとエンジン回転数ＮＥとに基づいて、バックラッシュに起因してディファレンシャルギヤ５の部位でトルクの伝達方向が反転する反転時期Ｔ２を簡易かつ正確に推定し、この反転時期Ｔ２に燃料カットを開始することにより、乗り心地を損ねることなく操安性を向上することができる。

以上の説明より把握し得る本実施例の技術的思想を、その作用効果とともに列記する。

（１）エンジン回転数ＮＥを検出するエンジン回転数検出手段（エンジン回転数センサ１１）と、運転者の減速要求を検出する減速要求検出手段（車速センサ８，アイドルスイッチ９，アクセル開度センサ１０等）と、上記減速要求が検出され（ステップ１）、かつ、上記エンジン回転数ＮＥの変化方向が低下方向から増加方向へ反転する反転時期Ｔ２に、燃料供給を停止する燃料供給停止手段（ステップ４〜６）と、を有する。これにより、上述したように、簡易かつ正確に燃料カットの開始時期を適正化し、乗り心地を向上することができる。

（２）エンジン１が出力するエンジントルクの推定値ＴＥＮＧを推定するエンジントルク推定手段を有し、上記燃料供給停止手段が、上記エンジントルク推定値ＴＥＮＧが所定のトルク判定値ＴＥＮＧ０未満の場合に、上記燃料供給の停止を行う（ステップ３）。言い換えると、エンジントルク推定値ＴＥＮＧが所定のトルク判定値ＴＥＮＧ０よりも低くなるまで、燃料カットを禁止する。これにより、図３に示すように、運転者による減速要求を検出してからエンジントルクがほぼ０となるまでの過渡期ΔＴに、スロットル弁の全閉化に起因してエンジン回転数ＮＥが一時的に変動しても（Ｔ４）、この変動時Ｔ４に誤って燃料カットが開始されることはなく、燃料カットの開始時期が誤って早まることがない。

（３）上記燃料供給停止手段が、上記エンジン回転数ＮＥが所定の回転数判定値ＮＥ０を超える場合に、上記燃料供給の停止を行う（ステップ２）。言い換えると、エンジン回転数ＮＥが所定値ＮＥ０以下となると、燃料カットを禁止する。これにより、燃料カット後に再び燃料供給を開始する際に、エンジン回転数が過度に低下することによる失火等を未然に回避することができる。

（４）上記エンジン１から車軸３への動力伝達経路に、手動変速機又はトルクコンバータのロックアップ機構を備えた自動変速機が介装されている。このような変速機４によりエンジン１と車軸３とが実質的に直結されている状態では、上述したバックラッシュに起因する車両共振による乗り心地の悪化が顕著に現れ易いため、本実施例が特に有効である。

（５）エンジン回転数ＮＥを検出するエンジン回転数検出手段（エンジン回転数センサ１１）と、エンジン１が出力するエンジントルクの推定値ＴＥＮＧを推定するエンジントルク推定手段と、運転者の減速要求を検出する減速要求手段（センサ８〜１０）と、上記減速要求中に（ステップ１）、上記エンジン回転数ＮＥとエンジントルク推定値ＴＥＮＧとに基づいて、エンジン１から車軸３への動力伝達経路に介装されるギヤ機構（ディファレンシャルギヤ５）の部位でエンジン１から車軸３に伝達されるトルクの伝達方向が反転する反転時期Ｔ２を推定する反転時期推定手段と（ステップ３〜５）、上記トルク反転時期Ｔ２に基づいて、燃料供給を停止する燃料供給停止手段（ステップ６）と、を有する。この構成によれば、上述したように、簡易かつ正確に燃料カットの開始時期Ｔ２を求めることができ、乗り心地を向上することができる。

本発明の一実施例に係るエンジンの燃料供給停止制御装置が適用される車両のハードウェア構成を簡略的に示すシステム構成図。 本実施例の燃料カット制御の流れを示すフローチャート。 燃料カットを含む車両減速状態でのタイムチャート。

符号の説明

１…エンジン
３…車軸
４…変速機
５…ディファレンシャルギヤ（ギヤ機構）
７…エンジンコントロールユニット
８…車速センサ
９…アイドルスイッチ
１０…アクセル開度センサ
１１…エンジン回転数センサ

Claims (4)

1. エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
   運転者の減速要求を検出する減速要求検出手段と、
   エンジンが出力するエンジントルクの推定値を推定するエンジントルク推定手段と、
   上記減速要求が検出され、上記エンジントルクの推定値が所定のトルク判定値未満であり、かつ、上記エンジン回転数の変化方向が低下方向から増加方向へ反転する反転時期に、燃料供給を停止する燃料供給停止手段と、
   を有するエンジンの燃料供給停止制御装置。
2. 上記燃料供給停止手段が、上記エンジン回転数が所定の回転数判定値を超える場合に、上記燃料供給の停止を行う請求項１に記載のエンジンの燃料供給停止制御装置。
3. 上記エンジンから車軸への動力伝達経路に、手動変速機又はトルクコンバータのロックアップ機構を備えた自動変速機が介装される請求項１又は２に記載のエンジンの燃料供給停止制御装置。
4. エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
   エンジンが出力するエンジントルクの推定値を推定するエンジントルク推定手段と、
   運転者の減速要求を検出する減速要求検出手段と、
   上記減速要求中に、上記エンジン回転数とエンジントルク推定値とに基づいて、エンジンから車軸への動力伝達経路に介装されるギヤ機構の部位でエンジンから車軸に伝達されるトルクの伝達方向が反転する反転時期を推定する反転時期推定手段と、
   上記トルク反転時期に基づいて、燃料供給を停止する燃料供給停止手段と、
   を有するエンジンの燃料供給停止制御装置。

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