JP4442427B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、流体継手を介して変速機に接続された内燃機関の制御装置に関する。

従来より、車両においては、燃費を向上させるために車両がコースト状態である場合などに、インジェクタからの燃料噴射を停止するフューエルカットが実行されるものがある。

特開平１０−４７４７２号公報（特許文献１）は、フューエルカット時にトルクコンバータのロックアップクラッチのスリップ制御を行なうロックアップクラッチのスリップ制御装置を開示する。特許文献１に記載のロックアップクラッチのスリップ制御装置は、エンジンと自動変速機とを連結する流体伝動装置に対して並列に配置されたロックアップクラッチを、減速に伴ってフィードフォワード制御によってスリップ制御し、そのスリップ制御開始後にエンジンに対する燃料の供給を遮断するフューエルカット制御を実行するとともにロックアップクラッチをフィードフォワードおよびフィードバック制御する。このスリップ制御装置は、スリップ制御中におけるフューエルカット制御開始前のロックアップクラッチのフィードフォワード制御による目標スリップ値を、フューエルカット制御開始後のロックアップクラッチのフィードフォワード制御での目標スリップ値より大きくしてロックアップクラッチの係合圧を制御する係合圧制御部を含む。

この公報に記載のロックアップクラッチのスリップ制御装置によれば、車両の減速走行中にロックアップクラッチのスリップ制御が開始されてからフューエルカット制御が開始されるまで間、ロックアップクラッチの目標スリップ量が、フューエルカット制御開始後よりも大きくなるようフィードフォワード値が設定される。そのため、ロックアップクラッチの係合圧の低下が促進され、その結果、この制御中にエンジンの燃焼状態が不安定となってトルク変動が生じても、エンジントルクの変動がロックアップクラッチのすべりにより減衰もしくは吸収され、自動変速機側には伝達されない。その結果、ショックやこもり音が抑制され、乗り心地が向上する。

一般的に、フューエルカット中にエンジンの回転数が予め定められた回転数まで低下すると、フューエルカットが終了される。フューエルカット終了後においてもさらなる燃費向上を図るため、エンジンに吸入される吸気量を低減する技術が提案されている。

特開２００４−９２４１１号公報（特許文献２）は、減速時のフューエルカット終了後で、アイドル回転数のフィードバック制御前に、吸入空気量を減量する内燃機関の制御装置を開示する。特許文献２に記載の内燃機関の制御装置は、出力軸にトルクコンバータ付きの自動変速機が接続された内燃機関を制御する。この制御装置は、機関が減速運転状態にあるか否かを判定する減速運転状態判定部と、機関が減速運転状態にあるときに、トルクコンバータの速度比を検出するトルクコンバータ速度比検出部と、検出されたトルクコンバータの速度比に応じて機関の吸入空気量が低減するように吸入空気補正量を算出する吸入空気補正量算出部と、算出された吸入空気補正量に応じて機関の吸入空気量を補正制御する吸入空気量補正制御部とを含む。

この公報に記載の内燃機関の制御装置によれば、減速時にトルクコンバータの速度比に応じて吸入空気量を低減することで、的確に必要最小限の空気量まで低減でき、これにより燃料消費量を低減でき、燃費を向上させることができる。
特開平１０−４７４７２号公報 特開２００４−９２４１１号公報

しかしながら、特開平１０−４７４７２号公報に記載のロックアップクラッチのスリップ制御装置は、フューエルカットが実行される前の制御に関する技術である。特開２００４−９２４１１号公報に記載の内燃機関の制御装置は、フューエルカット終了後の制御に関する技術である。いずれの技術においても、さらなる燃費向上のためには、フューエルカット領域を拡大することが望まれる。

本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、フューエルカット領域を拡大することができる内燃機関の制御装置を提供することである。

第１の発明に係る内燃機関の制御装置は、流体継手を介して変速機に接続された内燃機関を制御する。この制御装置は、変速機から流体継手を介して内燃機関にトルクが伝達される状態であるか否かを判別するための判別手段と、変速機から流体継手を介して内燃機関にトルクが伝達される状態である場合において、流体継手に関する情報に基づいて、内燃機関に伝達される伝達トルクを算出するための算出手段と、伝達トルクが、内燃機関の回転軸を回転させるために必要なトルクよりも大きいという条件が満たされた場合、内燃機関への燃料の供給の停止を許容するように、内燃機関を制御するための制御手段とを含む。

第１の発明によると、たとえば車両がコースト状態で減速中である場合などにおいて、変速機から流体継手を介して内燃機関にトルクが伝達されている場合、内燃機関は、被駆動状態にあるといえる。このような場合、内燃機関に伝達される伝達トルクが、内燃機関の回転軸を回転させるために必要なトルクよりも大きければ、内燃機関への燃料の供給の停止（フューエルカット）が許容される。これにより、伝達トルクが内燃機関の回転軸を回転させるために必要なトルクよりも大きければ、流体継手としてトルクコンバータが用いられている車両において、トルクコンバータのロックアップクラッチが解放状態であってもフューエルカットを実行することができる。そのため、フューエルカット領域を拡大することができる。その結果、フューエルカット領域を拡大することができる内燃機関の制御装置を提供することができる。

第２の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１の発明の構成に加え、算出手段は、流体継手に関する情報に加えて、内燃機関の回転軸に連結されたオイルポンプを回転させるために必要なトルクに基づいて、伝達トルクを算出するための手段を含む。

第２の発明によると、内燃機関への伝達トルクを精度よく算出することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

以下、本発明の実施の形態に係る制御装置を含む車両のパワートレーンについて説明する。本実施の形態に係る制御装置は、図１に示すＥＣＵ(Electronic Control Unit)１０００により実現される。本実施の形態では、自動変速機を、流体継手としてトルクコンバータを備えた、遊星歯車式変速機構を有する自動変速機として説明する。なお、本発明は、遊星歯車式変速機構を有する自動変速機に限定されるものではなく、たとえばベルト式無段変速機などの無段変速機であってもよい。

図１を参照して、本実施の形態に係る制御装置を含む車両のパワートレーンについて説明する。本実施の形態に係る制御装置は、詳しくは、図１に示すエンジンＥＣＵ１０１０により実現される。

図１に示すように、この車両のパワートレーンは、エンジン１００と、トルクコンバータ２００と、自動変速機３００と、ＥＣＵ１０００とから構成される。

エンジン１００の出力軸（クランクシャフト）は、トルクコンバータ２００の入力軸に接続される。エンジン１００とトルクコンバータ２００とは回転軸により連結されている。したがって、エンジン回転数センサ４００により検知されるエンジン１００の出力軸回転数ＮＥ（エンジン回転数ＮＥ）とトルクコンバータ２００の入力軸回転数（ポンプ回転数）とは同じである。

トルクコンバータ２００は、入力軸と出力軸とを直結状態にするロックアップクラッチ２１０と、入力軸側のポンプ羽根車２２０と、出力軸側のタービン羽根車２３０と、ワンウェイクラッチ２５０を有し、トルク増幅機能を発現するステータ２４０とから構成される。トルクコンバータ２００と自動変速機３００とは、回転軸により接続される。トルクコンバータ２００の出力軸回転数ＮＴ（タービン回転数ＮＴ）は、タービン回転数センサ４１０により検知される。自動変速機３００の出力軸回転数ＮＯＵＴは、出力軸回転数センサ４２０により検知される。

トルクコンバータ２００のポンプ羽根車２２０側には、オイルポンプ２６０が設けられている。オイルポンプ２６０の回転軸はポンプ羽根車２２０と一体的に回転する。すなわち、オイルポンプ２６０の回転軸の回転数は、エンジン回転数ＮＥと同じである。オイルポンプ２６０が発生した油圧は、自動変速機３００のクラッチおよびブレーキの係合力を発生するために用いられる。また、オイルポンプ２６０から圧送されたオイルは、変速機３００の潤滑のために用いられる。

これらのパワートレーンを制御するＥＣＵ１０００は、エンジン１００を制御するエンジンＥＣＵ１０１０と、自動変速機３００を制御するＥＣＴ（Electronic Controlled Automatic Transmission）＿ＥＣＵ１０２０とを含む。

ＥＣＴ＿ＥＣＵ１０２０には、タービン回転数センサ４１０からタービン回転数ＮＴを表わす信号が、出力軸回転数センサ４２０から出力軸回転数ＮＯＵＴを表わす信号が入力される。また、ＥＣＴ＿ＥＣＵ１０２０には、エンジンＥＣＵ１０１０から、エンジン回転数センサ４００にて検知されたエンジン回転数ＮＥを表わす信号と、スロットルポジションセンサにて検知されたスロットル開度を表わす信号とが入力される。

これら回転数センサは、トルクコンバータ２００の入力軸、トルクコンバータ２００の出力軸および自動変速機３００の出力軸に取り付けられた回転検出用ギヤの歯に対向して設けられている。これらの回転数センサは、トルクコンバータ２００の入力軸、トルクコンバータ２００の出力軸および自動変速機３００の出力軸の僅かな回転の検出も可能なセンサであり、たとえば、一般的に半導体式センサと称される磁気抵抗素子を使用したセンサである。

図２を参照して、本実施の形態に係る制御装置のエンジンＥＣＵ１０１０が、エンジン１００のアイドル時に実行するプログラムの制御構造について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、エンジンＥＣＵ１０１０は、エンジン回転数センサ４００およびタービン回転数センサ４１０から送信された信号に基づいて、エンジン回転数ＮＥおよびタービン回転数ＮＴを検出する。

Ｓ１０２にて、エンジンＥＣＵ１０１０は、エンジン回転数ＮＥに基づいて、オイルポンプ２６０の負荷（オイルポンプ２６０を回転させるために必要なトルク）を算出する。オイルポンプ２６０の負荷は、予めＥＣＵ１０００のメモリ（図示せず）に記憶されたマップに基づいて算出される。なお、エンジン回転ＮＥに加えて、オイルの温度および油圧に基づいてオイルポンプ２６０の負荷を算出してもよい。

Ｓ１０４にて、エンジンＥＣＵ１０１０は、エンジン回転数ＮＥ≧タービン回転数ＮＴであるか否かを判別する。エンジン回転数ＮＥ≧タービン回転数ＮＴであるか否かを判別することにより、エンジン１００が駆動状態か被駆動状態（トルクコンバータ２００を介して伝達されたトルクによりクランクシャフトが回されている状態）かを判別する。エンジン回転数ＮＥ≧タービン回転数ＮＴである場合（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、処理はＳ２００に移される。そうでない場合（Ｓ１０４にてＮＯ）、処理はＳ３００に移される。

Ｓ２００にて、エンジンＥＣＵ１０１０は、トルクコンバータ２００の容量係数と、エンジン回転数ＮＥに基づいて、トルクコンバータ２００の容量（トルクコンバータの入力軸を回すために必要なトルク）を算出する。トルクコンバータ２００の容量係数は、予め実験などによりも求められ、エンジン回転数ＮＥに対応してＥＣＵ１０００のメモリに記憶されている。

Ｓ２０２にて、エンジンＥＣＵ１０１０は、駆動系負荷（エンジン１００を除くパワートレーンを駆動するために必要なトルク）を、駆動系負荷＝トルクコンバータ２００の容量＋オイルポンプ２６０の負荷として算出する。

Ｓ２０４にて、エンジンＥＣＵ１０１０は、Ｓ２０２にて算出した駆動系負荷を、エンジン１００のアイドル時に発生する必要があるトルク（アイドル時必要トルク）に設定する。Ｓ２０６にて、エンジンＥＣＵ１０１０は、Ｓ２０４にて設定されたアイドル時必要トルクを実現する開度を、アイドル時におけるスロットルバルブ（図示せず）のスロットル開度（アイドル開度）に設定する。スロットル開度は、予めＥＣＵ１０００のメモリに記憶されたマップに基づいて設定される。

Ｓ３００にて、エンジンＥＣＵ１０１０は、予めＥＣＵ１０００のメモリに記憶されたトルクコンバータ２００の逆駆動特性に基づいて、トルクコンバータ２００の逆駆動容量（トルクコンバータ２００の入力軸を回転させるトルク）を算出する。トルクコンバータ２００の逆駆動特性とは、自動変速機３００からトルクコンバータ３００にトルクが伝達されている状態において、トルクコンバータ２００の逆駆動容量と入力軸回転数（エンジン回転数ＮＥ）との関係を示す特性をいう。なお、エンジン１００がストールしないようなエンジン回転数ＮＥである場合のトルクコンバータ２００の逆駆動容量を算出するようにしてもよい。

Ｓ３０２にて、エンジンＥＣＵ１０１０は、エンジン１００のモータリングトルク（エンジン１００のクランクシャフトを回転させるトルク）を、モータリングトルク＝トルクコンバータ２００の逆駆動容量−オイルポンプ２６０の負荷として算出する。このとき、オイルポンプ２６０の負荷に、エンジン１００がストールしないようなエンジン回転数ＮＥに基づいて算出された負荷を用いてもよい。

Ｓ３０４にて、エンジンＥＣＵ１０１０は、エンジン負荷（エンジン１００のクランクシャフトを回転させるために必要なトルク）を算出する。このとき、エンジン負荷は、エンジン１００がストールしないようなエンジン回転数ＮＥである場合のエンジン負荷として算出される。エンジン負荷の算出方法については、一般的な公知技術を利用すればよいため、ここでは詳細な説明は繰返さない。

Ｓ３０６にて、エンジンＥＣＵ１０１０は、エンジン１００のモータリングトルク≧エンジン負荷であるか否かを判別する。モータリングトルク≧エンジン負荷である場合（Ｓ３０６にてＹＥＳ）、処理はＳ３１０に移される。そうでない場合（Ｓ３０６にてＮＯ）、処理はＳ３０８に移される。

Ｓ３０８にて、エンジンＥＣＵ１０１０は、フューエルカットが不可であると判定する。その後、この処理は終了する。Ｓ３１０にて、エンジンＥＣＵ１０１０は、フューエルカットが可能であると判定する。

Ｓ３１２にて、エンジンＥＣＵ１０１０は、フューエルカット要求があるか否かを判別する。フューエルカット要求があるか否かは、ＥＣＴ＿ＥＣＵ１０２０がエンジンＥＣＵ１０１０に対してフューエルカットを要求する場合に送信する信号に基づいて判別される。ＥＣＴ＿ＥＣＵ１０２０は、たとえば自動変速機３００の変速を行なわない場合など、自動変速機３００の制御のためにエンジン回転数ＮＥを上げる必要がない場合に、フューエルカットを要求する。フューエルカット要求がある場合（Ｓ３１２にてＹＥＳ）、処理はＳ３１４に移される。そうでない場合（Ｓ３１２にてＮＯ）、この処理は終了する。Ｓ３１４にて、エンジンＥＣＵ１０１０は、フューエルカットを実行する。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る制御装置のエンジンＥＣＵ１０１０の動作について説明する。

車両の走行中、タービン回転数ＮＴおよびエンジン回転数ＮＥが検出され（Ｓ１００）、検出されたエンジン回転数ＮＥに基づいて、オイルポンプ２６０の負荷が算出される（Ｓ１０２）。

車両の減速時や停車時など、エンジン１００がアイドル状態である場合において、エンジン回転ＮＥがタービン回転数ＮＴよりも高く、エンジン１００が駆動状態である場合（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、トルクコンバータ２００の容量係数とエンジン回転数ＮＥに基づいて、トルクコンバータ２００の容量が算出される（Ｓ２００）。

トルクコンバータ２００の容量にオイルポンプ２６０の負荷が加算されて、駆動系負荷が算出され（Ｓ２０２）、算出された駆動系負荷がアイドル時必要トルクに設定される（Ｓ２０４）。

このアイドル時必要トルクを実現するように、スロットル開度（アイドル開度）が設定される（Ｓ２０６）。これにより、エンジン１００の吸入空気量を、必要最小限の空気量まで低減することができる。そのため、必要以上の燃料が消費されることを抑制することができる。その結果、燃費を向上することができる。

一方、エンジン回転数ＮＥがタービン回転数ＮＴよりも小さい場合（Ｓ１０４にてＮＯ）、すなわちトルクコンバータ２００のロックアップクラッチ２１０が解放状態であるかスリップ状態である場合において、エンジン１００が被駆動状態である場合、トルクコンバータ２００の逆駆動特性よりトルクコンバータ２００の逆駆動容量が算出される（Ｓ３００）。

このトルクコンバータ２００の逆駆動容量からオイルポンプ２６０の負荷が減算されて、エンジン１００のモータリングトルクが算出される（Ｓ３０２）。さらに、エンジン１００の負荷が算出され（Ｓ３０４）、モータリングトルク≧エンジン１００の負荷であるか否かが判定される（Ｓ３０６）。

モータリングトルク＜エンジン１００の負荷である場合（Ｓ３０６にてＮＯ）、フューエルカットを実行すると、エンジン１００がストールしてしまう。そのため、フューエルカットが不可であると判定される（Ｓ３０８）。これにより、フューエルカットが禁止され、エンジン１００のストールが抑制される。

モータリングトルク≧エンジン１００の負荷である場合（Ｓ３０６にてＹＥＳ）、エンジン１００自体がトルクを発生しなくても、トルクコンバータ２００を介してエンジン１００に伝達されるトルクにより、クランクシャフトを回転させることができる状態であるといえる。

この場合、フューエルカットが可能であると判定される（Ｓ３１０）。これにより、自動変速機３００側の要件が満たされて、ＥＣＴ＿ＥＣＵ１０２０からフューエルカット要求があれば（Ｓ３１２）、フューエルカットが実行される（Ｓ３１４）。

これにより、燃料の消費を抑制して、燃費を向上することができる。特に、本実施の形態においては、モータリングトルク≧エンジン１００の負荷であれば、ロックアップクラッチ２１０が解放状態である場合においてもフューエルカットが実行される。これにより、たとえば、エンジン回転数ＮＥに基づいてフューエルカットの可否判定を行なう場合における下限値を、エンジン回転数ＮＥが下回った場合であっても、フューエルカットを実行することができる。そのため、フューエルカット領域をより拡大することができる。その結果、燃料の消費をより抑制して、燃費を向上することができる。

以上のように、本実施の形態に係る制御装置のエンジンＥＣＵは、エンジンが被駆動状態にある場合において、エンジンのモータリングトルクがエンジン負荷以上である場合、フューエルカットの実行を許容する。これにより、エンジンのモータリングトルクがエンジン負荷以上であれば、トルクコンバータのロックアップクラッチが解放状態であっても、フューエルカットを実行することができる。そのため、フューエルカット領域を拡大することができる。その結果、燃料の消費を抑制して、燃費を向上することができる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係る制御装置を搭載した車両の制御ブロック図である。 本発明の実施の形態に係る制御装置のエンジンＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ エンジン、２００ トルクコンバータ、２１０ ロックアップクラッチ、２２０ ポンプ羽根車、２３０ タービン羽根車、２４０ ステータ、２５０ ワンウェイクラッチ、２６０ オイルポンプ、３００ 自動変速機、４００ エンジン回転数センサ、４１０ タービン回転数センサ、４２０ 出力軸回転数センサ、１０００ ＥＣＵ、１０１０ エンジンＥＣＵ、１０２０ ＥＣＴ＿ＥＣＵ。

Claims (2)

1. 流体継手を介して変速機に接続された内燃機関の制御装置であって、
   前記変速機から前記流体継手を介して前記内燃機関にトルクが伝達される状態であるか否かを判別するための判別手段と、
   前記変速機から流体継手を介して前記内燃機関にトルクが伝達される状態である場合において、前記流体継手の入力軸を回転させるトルクに基づいて、前記内燃機関に伝達される伝達トルクを算出するための算出手段と、
   前記伝達トルクが、前記内燃機関の回転軸を回転させるために必要なトルクよりも大きいという条件が満たされ、かつ前記内燃機関への燃料の供給の停止要求がある場合、前記内燃機関への燃料の供給を停止するように、前記内燃機関を制御するための制御手段とを含む、内燃機関の制御装置。
2. 前記算出手段は、前記流体継手の入力軸を回転させるトルクから前記内燃機関の回転軸に連結されたオイルポンプを回転させるために必要なトルクを減算することによって、前記伝達トルクを算出するための手段を含む、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

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