JP4364855B2 - 点火時期を遅角させるエンジン制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、点火装置を有するエンジンを備えた車両のエンジン回転数の吹き上がり現象を低減するエンジン制御装置に関する。

走行中の車両の速度を下げるとき、スロットル弁により吸入空気量が減らされてから、燃焼室に導入される空気量が減少するまでに応答遅れが発生し、このためトルク低下が遅れて、空走感が発生したり、ギヤ抜き時の回転の吹き上がりを招くことが知られている。

特許文献１には、これを解決するために、減速運転が検出されたときに、直前の負荷依存遅角量、回転依存遅角量および継続時間依存遅角量に基づいて点火時期の遅角量を設定し、この遅角量を減速運転時の回転速度変化量に基づいて補正することが記載されている。
実用新案登録第2535424号

上記の文献に記載の手法は、制御に使用する遅角量を算出するために、直前の負荷依存の遅角量、回転依存の遅角量、継続時間に依存する遅角量という、同じ遅角量に関する３つものパラメータを使用し、それぞれのパラメータがさらに他のパラメータによって変化するので、信頼性を確保するのに困難が予測される。

この発明は、減速時にエンジン回転の吹き上がりを生じたり、空走感を生じたりする現象の原因がインマニ充填効果によるものであることの知見に基づき、信頼性の高い解決方法を提供する。

この発明に係る装置は、点火装置を有するエンジンを備えた車両の減速時におけるエンジン回転数の吹き上がりを低減するエンジン制御装置であって、所定の間隔における吸気管圧力の差分を検出する手段と、前記吸気管圧力の差分が正から負になることに応じて前記点火装置の点火時期の遅角制御を開始させる手段と、前記吸気管圧力の差分に応じて点火時期の遅角量を規定する手段と、エンジン回転数に応じて前記遅角量を補正する手段と、を備える。

本願の発明者は、たとえば、マニュアルトランスミッションの車両において、アクセルを離すと同時にクラッチペダルを踏み込んだ時にエンジン回転数が吹き上がるのは、インテークマニホールド（吸気多岐管、以下、インマニと称する。）における吸入空気の充填効果によるものであるとの知見に基づいて、吸気管圧力の差分の応じて点火時期の遅角量を規定し、これをエンジン回転数に応じて補正することに想到した。これにより、エンジン回転数の吹き上がり、空走感の発生などの現象を低減することができる。

この発明は、一形態（請求項２）においては、通常バルブタイミングと遅閉じバルブタイミングとを切り換える可変バルブタイミング機構を備える車両において、前記遅閉じバルブタイミングから前記通常バルブタイミングに切り換えられる時におけるエンジン回転数の吹き上がりを低減するエンジン制御装置を提供する。

低負荷での運転状態において、吸気バルブを閉じるタイミングを遅らせて燃焼室の実質的容量を減らす方式が提案されている。この方式において、遅閉じバルブタイミングから通常バルブタイミングに切り換えるとき、燃焼室の実質容量が増加し、吸気慣性に吸入空気量が増してエンジン回転数が吹き上がる。これも燃焼室への吸入空気量に関してはインマニ充填効果と同じ現象であるので、上記と同様の構成をとることにより、解決することができる。

上記の発明において、一実施形態においては、車両が加速状態のとき、または車速が所定値以下のときは、遅角制御を禁止する。

図面を参照しながらこの発明の実施の形態を説明する。図１は、この発明の実施形態に従う、エンジンおよびその制御装置の全体的な構成図である。

電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」）という）100は、車両の各部から送られてくるデータを受け入れる入力インタフェース100b、車両の各部の制御を行うための演算を実行するＣＰＵ100a、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を有するメモリ100d、および車両の各部に制御信号を送る出力インタフェース100cを備えている。メモリ100dのＲＯＭには、車両の各部の制御を行うためのプログラムおよび各種のデータが格納されている。この発明に従う制御のためのプログラムは、該ＲＯＭに格納される。ＲＯＭは、ＥＰＲＯＭのような書き換え可能なＲＯＭでもよい。ＲＡＭには、ＣＰＵ100aによる演算のための作業領域が設けられる。車両の各部から送られてくるデータおよび車両の各部に送り出す制御信号は、ＲＡＭに一時的に格納される。

エンジン1は、たとえば４サイクルガソリンエンジンである。エンジン1は、吸気カムシャフトおよび排気カムシャフトを備えている。吸気カムシャフトは、吸気弁を開閉駆動する吸気カムを有しており、排気カムシャフトは、排気弁を開閉駆動する排気カムを有している。これらの吸気および排気カムシャフトおよびは、図示しないタイミングベルトを介してクランクシャフトに連結されており、クランクシャフトが２回転するごとに１回転する。吸気カムは、可変バルブタイミング装置14によって可変制御される。

可変バルブタイミング装置14は、カムシャフトに吸気バルブを駆動する通常タイミングのカムと遅閉じモードで吸気バルブを駆動するカムとを備えており、この二つのカムと吸気バルブとの連結が油圧によって切り換えられる。この切り換えは、ＥＣＵ100からの指令に従って実施される。

吸気カムシャフトの端部には、カム角センサ3が設けられている。カム角センサ3は、吸気カムシャフトの回転に伴い、所定のカム角（たとえば、１度）ごとに、パルス信号であるＣＡＭ信号をＥＣＵ100に出力する。

エンジン1には、点火プラグ4が取り付けられており後述するＥＣＵ100の制御により点火タイミングが制御される。

また、運転席のアクセルペダルからのアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルの踏み込み量検知センサ2が車体に取り付けられており、検出した踏み込み量を入力インタフェース100bを介してＥＣＵ100に供給する。

スロットル10は、スロットルバルブを直接モータで駆動する電子制御スロットルである。そして、ＥＣＵ100からの指令値であるスロットル開度THに応じてスロットル量が変化させられる。また、スロットル10に連結されたスロットル開度センサ（θＴＨ）8は、スロットルの開度に応じた電気信号を、ＥＣＵ100に供給する。

吸気管圧力センサ(Pb)13は、スロットル10の下流側に設けられている。吸気管圧力センサ13によって検出された吸気管圧力PbはＥＣＵ100に送られる。

エアフローメータ11がスロットル10の上流に取り付けられており、検出された吸入空気量はＥＣＵ100に送られる。また、吸気温センサ12が吸気管に取り付けられ、検出された吸気温はＥＣＵ100に送られる。

エンジン1には、クランク角センサ7が設けられている。クランク角センサ7は、クランクシャフトの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ100に出力する。ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（たとえば、３０度）で出力されるパルス信号である。ＥＣＵ100は、該ＣＲＫ信号に応じ、エンジン1の回転数NEを算出する。さらに、ＥＣＵ100は、ＣＲＫ信号とＣＡＭ信号に基づいて、位相Cainを算出する。また、ＴＤＣ信号は、エンジンのピストンのＴＤＣ位置に関連したクランク角度で出力されるパルス信号である。

ＥＣＵ100に向けて送られた信号は入力インタフェース100bに渡され、アナログ−デジタル変換される。ＣＰＵ100aは、変換されたデジタル信号を、メモリ100dに格納されているプログラムに従って処理し、車両のアクチュエータに送るための制御信号を作り出す。出力インタフェース100cは、これらの制御信号を、スロットル、油圧駆動部、燃料噴射弁、およびその他の機械要素のアクチュエータに送る。

図に示していないが、このエンジン1を運転するために必要な他のセンサ類、たとえば広域空燃比センサ(LAFセンサ)、Ｏ２センサ、および燃料噴射装置（インジェクタ）、触媒装置などが取り付けられている。

図２は、インマニ充填効果を説明するための図で、スロットル弁10を介して流入する空気量をGth、吸入バルブ23を介してエンジンの燃焼室20に入る空気量をGcylで表す。吸入空気量Gthはエアフローメータ11で測定される。また、インマニの圧力は、圧力センサ13で検出される。

インマニ25はエンジンの各シリンダに空気を供給する多岐管であり、容量が比較的大きいので、過渡的にGthとGcylとの間に差ΔGbを生じる。したがって、過渡時のシリンダ吸入空気量は、次の式で表される。

Gcyl = Gth − ΔGb (1)

図３は、これら３つのパラメータの関係を示している。図３に見られるように、吸入空気量が増大するとき、インマニにΔGbの空気量が充填される。アクセルを離す操作によりスロットルが絞られ、吸入空気量が減らされるときは、インマニに充填されていたΔGbがシリンダに流入するので、スロットルを通る空気量Gthよりも多量の空気がシリンダに流入する。式(1)でいうと、このとき、ΔGbは負の値になる。すなわち、インマニ充填空気量が減少して、シリンダに流入する。

マニュアルトランスミッションの車で、ギヤシフトのためにアクセルを離すと同時にクラッチペダルを踏み込むときにエンジン回転数が吹き上がるのは、このインマニ充填空気量ΔGbによると考えられる。

図４は、この発明の一実施例の制御フローであり、ECU100によって、たとえばTDC間隔(interval)ごとに実行される。まず、ステップ101で、所定の間隔で、たとえばTDC間隔ごと（４気筒エンジンの場合、クランク回転角180度ごと）に、インマニ圧力の今回値と前回値との差ΔPBを算出する。

同じく所定の間隔（たとえばTDC間隔）でのスロットル開度の変化量ΔTHが予め定めたしきい値、たとえば5度以上であれば（103）、遅角制御に入ることなく、遅角制御停止時間TI（たとえば、0.4秒）を設定し（107）、PBフラグを０にセットし(125)、遅角量IGDを０にセットして（133）、プロセルを抜ける。車が加速状態にあるときは、遅角制御に適さないからである。

ΔTHがしきい値より小さく（103）、かつ遅角停止時間TIが経過している（105）とき、ステップ109に進み、エンジン始動後、所定の時間（たとえば5秒間）が経過していればステップ111に進み、経過していなければプロセスを抜ける。エンジン始動直後は、点火時期の遅角制御に適さないからである。

車速VPが所定値（たとえば、5km/hrとか10km/hr）以上であり（111）、エンジン回転数NEが所定値（たとえば、1000rpmとか1200rpm）以上のとき（113）、ステップ115に進み、それ以外のときは、プロセスを抜ける。そのようなときは、点火時期の遅角制御に適さないからである。

ステップ115では、前のプロセスで遅角量IGDが既に設定されている場合、この遅角量を所定値だけ、たとえば1.6度だけ減らす。インマニ充填効果によるエンジン回転数の吹き上がりによるトルク発生は過渡的なものなので、その抑制策としての点火時期の遅角量は、この過渡現象に合わせた挙動にするのが好ましいからである。

次にステップ119に進む。ステップ101で算出したΔPBが負になっていればステップ121に進み、正であればステップ123に進んでPBフラグを１にセットする。ここでの処理は、ΔPBが正から負に変化したときに次のステップ127に進み、前のプロセスからΔPBが負である状態が続いているときは、ステップ137に進むことにある。

最初にΔPBが正から負に変化したとき、ステップ127に進み、たとえば図５（A）に示すようなマップを参照してΔPB（mmHg）に応じた基本遅角量(deg)を求める。このマップは、ECU100のROMに記憶されている。次にステップ129において、たとえば図5(B)に示すようなマップを参照して、エンジン回転数NE(rpm)に応じた補正係数を求め、これを基本遅角量にかけて補正されたigdaを求める。図5(B)に見られるように、補正係数は、エンジン回転数が低い領域では１より小さい値とし、アイドリング回転数付近では０である。エンジン回転数が低い領域で点火時期の遅角制御を行うとトルク不足によりエンストを生じる恐れがあるので、これをさけるためにこのような補正係数を用いる。

補正された遅角量igdaがステップ115で求めた遅角量igdbより大きければ、ステップ135においてリミット処理を行い、使用する遅角量IGDを決定する。ここでのリミット処理は、igdaをステップ117で求めた最大遅角量でカットすることである。

前のプロセスからΔPBが負である状態が続いているときは、ステップ121からステップ137に進み、ステップ115で減らされた後の遅角量igdbのリミット処理を行って、使用する遅角量IGDを決定する。ここでのリミット処理では、ステップ135と同様に、igdbをステップ117で求めた最大遅角量でカットする。

図６は、一つの気筒の吸気バルブのリフトの挙動を示す。この実施例のエンジンは、カムシャフトに吸気バルブ用として通常カムおよび遅閉じカムの二つのカムを備えている。一つの気筒には吸気バルブが２つ設けられており、その一方がロッカアームを介して通常カムに連結し、他方がロッカアームを介して遅閉じカムに連結している。通常カムのロッカアームと遅閉じカムのロッカアームとは、通常モードでは、連結ピンにより連結されていて、二つの吸気バルブは通常カムに従って図６の曲線Aのリフトカーブのような動きをする。遅閉じモードでは、ECU100からの指令に応じて油圧駆動により連結ピンが非連結位置に移動され、二つのロッカアームは独立した動きをする。一方のロッカアームは、通常カムで駆動され、他方のロッカアームは遅閉じカムで駆動される。こうして、遅閉じモードでは、一方の吸気バルブは曲線Aの通常リフトで動作し、他方の吸気バルブは曲線Bの遅閉じリフトで動作する。

遅閉じモードでは、一つの吸気バルブは、吸気行程を終えて圧縮行程に入ってかもしばらく開いているので、気筒に吸入された混合気の一部は吸気側に戻される。したがって、スロットル開度が比較的大きい状態で吸入空気量を減らすことができるので、ポンピング損失を低減することができる。

遅閉じモードで運転中のエンジンが通常モードに切り換えられると、実質的に気筒の容量が増大して吸入空気量が増加するので、過渡的にエンジン回転数の吹き上がりを生じる。この現象は、上述したインマニ充填効果によるエンジン回転数の吹き上がりと同じであるので、この場合にも、上述したのと同じプロセスを用いてエンジン回転数の吹き上がりを抑制することができる。

以上に、この発明を特定の実施例について説明したが、この発明は、このような実施例に限定されるものではない。

この発明の一実施例の全体的構成を示す図。 インマニ充填効果を説明する図。 インマニ充填効果と吸入空気量との関係を示す波形図。 この発明の一実施例のプロセスフローを示す図。 図４のプロセスフローで使われるマップを示す図。 遅閉じカムのリフトと通常カムのリフトを示すリフトカーブ図。

符号の説明

100 ECU
101 吸気管圧力の差分算出ステップ
119、121 遅角制御を開始させるステップ
127 基本遅角量を規定するステップ
129 エンジン回転数に応じて遅角量を補正するステップ

Claims (3)

1. 点火装置を有するエンジンを備えた車両の減速時におけるエンジン回転数の吹き上がりを低減するエンジン制御装置であって、
   所定の間隔における吸気管圧力の差分を検出する手段と、
   前記吸気管圧力の差分が正から負になることに応じて前記点火装置の点火時期の遅角制御を開始させる手段と、
   前記吸気管圧力の差分に基づいてマップを参照して点火時期の遅角量を求める手段と、
   エンジン回転数に応じて前記点火時期の遅角量を求める手段により求めた遅角量を補正する手段と、
   を備えるエンジン制御装置。
2. 吸気バルブを閉じるタイミングを切り換える可変バルブタイミング機構を備える車両において、前記吸気バルブを閉じるタイミングが、低負荷の運転状態でのタイミングから当該タイミングよりも早い通常の運転状態でのタイミングに切り換えられる時におけるエンジン回転数の吹き上がりを低減するエンジン制御装置であって、
   所定の間隔における吸気管圧力の差分を検出する手段と、
   前記吸気管圧力の差分が正から負になることに応じて、エンジンの点火時期の遅角制御を開始させる手段と、
   前記吸気管圧力の差分に応じて点火時期の遅角量を規定する手段と、
   エンジン回転数に応じて前記遅角量を補正する手段と、
   を備えるエンジン制御装置。
3. 車両が加速状態のとき、または車速が所定値以下のときは、前記遅角制御を禁止する手段と備える、請求項１または２に記載のエンジン制御装置。

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