JP5217985B2 - スロットルバルブ制御装置及びスロットルバルブ制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、スロットルバルブ制御装置及びスロットルバルブ制御方法に関する。

エンジンを質量、エンジンマウントをバネとする剛体共振はどのエンジンでも必ず存在する。通常、エンジンを加振する周波数となるエンジンの爆発基本次数相当の周波数が、剛体共振周波数より高くなるようにアイドル運転中のエンジン回転速度が設定されている。しかし、イグニッションスイッチがオフされた後のエンジン停止過渡時には、エンジン回転速度がゼロに向かって低下する。そのため、エンジンを加振するトルク変動や回転変動の周波数が、エンジン剛体共振周波数を通過することになり、その際エンジン振動が大きくなる。エンジン振動の大きさは、エンジン停止過渡時のトルク変動や回転変動の大きさに比例するため、従来技術において、エンジンのキーオフ後にエンジンの吸気スロットルバルブを閉じることによりトルク変動を低減することが行われた（特許文献１参照）。
特開平１１−１７３１７１号公報

しかし、単に吸気スロットルバルブを閉じることだけでは、エンジン停止過渡時におけるエンジン回転速度等が考慮されておらず的確にトルク変動や回転変動を低減するには不十分であった。

本発明は、エンジン停止過渡時におけるエンジン回転速度を考慮して的確にトルク変動を低減することを目的とする。

本発明に係るスロットルバルブ制御装置は、エンジンに吸入される空気量を調節するスロットルバルブのスロットル開度を制御するものである。このスロットルバルブ制御装置は、イグニションスイッチと、前記エンジンのエンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、前記イグニションスイッチがオフされた時に、前記スロットル開度を所定値に設定する第一設定手段と、前記イグニションスイッチがオフされた後に、前記エンジン回転速度検出手段で検出されたエンジン回転速度の減少に従って前記所定値から前記スロットル開度が減少するように、前記エンジン回転速度検出手段で検出されたエンジン回転速度に応じて前記スロットル開度を設定する第二設定手段と、を備え、前記スロットル開度が減少する間、第二設定手段は、前記エンジンにおいて最大圧縮圧トルクの絶対値が最小慣性トルクの絶対値と最大慣性トルクの絶対値の間になるように、前記スロットル開度を設定することを特徴とする。

本発明によれば、イグニションスイッチがオフされた後に、任意のエンジン回転速度において、エンジンのトルク変動、回転変動を適切に低減することができる。

以下では図面等を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、本実施形態に係るスロットルバルブ制御装置、及び、スロットルバルブ制御装置が適用されるエンジン（内燃機関）を示す。ここでは、エンジンは、車両に搭載されるものとして説明するが、これに限られるものではない。

図１を参照すると、本発明を適用可能なエンジン１は、エンジン本体２、吸気通路３、排気通路４を備える。エンジン本体２は、ガソリン等の燃料と空気との混合気を燃焼室５で爆発させるもので、エンジン１には、点火プラグ７や燃料噴射弁８等が取り付けられている。吸気通路３には、吸気通路３に流入する吸気空気流量を調整する（吸気）スロットルバルブ１１と、スロットルバルブ１１の開度TVO（スロットル開度とも呼ぶ）を調整するアクチュエータ１３と、スロットルバルブ１１の開度TVOを検出するスロットルバルブ開度センサ１４とが、設けられている。アクチュエータ１３は、例えば、電気モータである。

ピストン９の往復運動は、エンジン１のクランク軸１５の回転運動に変換される。クランク軸１５の周りには、クランク角を検出してエンジン回転速度を検出するクランク角センサがエンジン回転速度センサ１６として設けられる。イグニションスイッチ１７（エンジンキースイッチ）は、点火プラグ７の点火を可能にするスイッチであり、エンジンが搭載された車両に通常設けられるものでよい。イグニションスイッチ１７がオン状態でエンジン１は動作可能であり、イグニションスイッチ１７がオフ状態でエンジン１は停止する。イグニションスイッチ１７は、エンジン１は停止するエンジン停止手段を構成する。

コントローラ２０は、スロットルバルブ制御等を行うもので、例えば、中央演算処理装置（CPU)、読み出し専用メモリ（ROM）、ランダムアクセスメモリ(RAM)、入出力インターフェースを有するマイクロコンピュータから構成される。コントローラ２０には、スロットルバルブ開度センサ１４からのスロットル開度信号、エンジン回転速度センサ１６からの回転速度信号、イグニションスイッチ１７からのオン／オフ信号が入力される。コントローラ２０は、スロットルバルブ１１の開度TVOを調整するアクチュエータ１３等の動作を制御する。本実施形態のスロットルバルブ制御装置は、エンジン回転速度センサ１６と、イグニションスイッチ１７と、コントローラ２０等から構成される。

図２のフローチャートを参照して、コントローラ２０が行うスロットルバルブ制御の手順の一例を説明する。本実施形態のスロットルバルブ制御は、コントローラ２０が、イグニションスイッチ１７がオフされたことを検出すると実行する。

ステップＳ１において、エンジン回転速度センサ１６で検出したエンジン回転速度Neを読み込む。

次にステップＳ２において、後述する参照マップ（又は参照テーブル）を使用して、ステップＳ１で検出したエンジン回転速度Neに応じて、スロットル開度TVOの指令値を設定する。

次にステップＳ３において、ステップＳ２で定めた指令値をアクチュエータ１３に送出する。

初回のステップＳ２とＳ３の実行により、スロットル開度TVOは、所定値（初期値）に設定される。所定値は、ステップＳ１で検出したエンジン回転速度に応じて定められる他、エンジンのアイドル回転速度に基づいて定められるものでもよい。所定値は、イグニションスイッチ１７がオフされる前のエンジンのアイドル運転中のスロットル開度より小さいものになっている。これにより、エンジン１のポンプ仕事を大きくして、エンジン１の回転を早く停止できる。なお、初回のステップＳ２とＳ３の実行は、スロットル開度を所定値に設定する第一設定手段を構成する。

次にステップＳ４において、エンジン回転速度Neが既定値（例えば50rpm）未満であるか否か判断される。エンジン回転速度Ne が既定値未満であれば、クランク軸１５の回転が止まったとして制御を終了する。エンジン回転速度Ne が既定値以上であれば、ステップＳ１に戻る。

その後、ステップＳ１−Ｓ３の処理の繰り返しにより、エンジン回転速度Neに応じて、スロットル開度TVOが設定される。スロットル開度TVOは、エンジン回転速度Neの低下に応じて、上記の所定値から減少していく。繰り返しの周期は、例えば、５０ミリ秒である。なお、ステップＳ１−Ｓ３の繰り返しは、エンジン回転速度に応じてスロットル開度を設定する第二設定手段を構成する。

図３において、検出したエンジン回転速度Neと設定するスロットル開度TVOとの所定の関係を定める上述の参照マップを例示する。参照マップは、コントローラ２０のメモリに記憶され、この参照マップを参照して、検出したエンジン回転速度Neに応じてスロットル開度TVOが設定される。エンジン回転速度Neの減少に従って、スロットル開度TVOは減少する。参照マップは、スロットルチャンバ２１の内径（スロットルバルブの径）やエンジン１の排気量等に依存する。

図４は、スロットル開度TVOを最適に定めた場合の圧縮圧トルクを示す。図５は、従来技術のようにスロットルバルブ１１を完全に閉じてスロットル開度TVOをゼロ（又は最小値）にした場合の圧縮圧トルクを示す。なお、図４、図５は、エンジン１が６気筒エンジンである場合の例を示すが、これに限定されるものではなく、エンジン１の気筒数は６以外でもよい。

図４に示すように、参照マップにおけるスロットル開度TVOは、エンジンにおいて、最大の圧縮圧トルクPmaxの絶対値ABS(Pmax)が、最小の慣性トルクFminの絶対値ABS(Fmin)と最大の慣性トルクFmaxの絶対値ABS(Fmax)の間の値になるように実験やシミュレーションにより定められる。このようにスロットル開度TVOを定めることにより、スロットルバルブ１１を完全に閉じた場合（図５）に比較して、慣性トルクの変動と圧縮圧トルクの変動が相殺し、慣性トルクと圧縮圧トルクの和である総トルクの変動が減少する（図４）。図４の例では、ABS(Fmax)がABS(Fmin)より小さいため、ABS(Fmax) <ABS(Pmax) <ABS(Fmin)となるように、スロットル開度TVOはゼロでない値に定められる。一方、ABS(Fmax)がABS(Fmin)より大きい場合には、ABS(Fmin) <ABS(Pmax) < ABS(Fmax)となるように、スロットル開度TVOはゼロでない値に定めてよい。

このように、本実施形態では、スロットルバルブを閉じて圧縮圧トルクを最小にするのではなく、圧縮圧トルクと位相が異なる慣性トルクを考慮した総トルクの変動が最小になるように、スロットル開度を調整して圧縮圧トルクを変化させている。なお、総トルクの変動が減少すると、エンジン停止過渡時のエンジン振動を低減できるとともに、回転変動も低減して回転変動に起因する変速機１９の歯打ち音を減少できる。

別のエンジン振動の低減手段としてエンジンマウントのバネ剛性を下げる方法があるが、同時に共振周波数も下がってしまい、エンジン始動時のクランキング回転速度に近づくため、始動時に振動が増大するという不利益がある。また、トランスミッションの歯打ち音を低減する手段として、変速機のギアのバックラッシュ低減、およびフリクション増加等があるが、それぞれ製造の容易性、燃費との両立が問題となる。

なお、上記において、慣性トルクは、エンジン１のピストン９等の往復動部分の慣性力によりクランク軸１５に加わるトルクである。圧縮圧トルクは、燃焼室５内の圧力に起因するトルクであり、ピストン９が燃焼室５内の空気（ガス）を圧縮又は膨張することによりクランク軸１５に加わるトルクである。圧縮圧トルクは、慣性トルクとは逆の位相でクランク角に対して変動する。図４の６気筒エンジンの例では、圧縮圧トルクと慣性トルクは(1/2)×(720°/6)だけ位相がずれている。なお、圧縮圧の負の値は燃焼室５の負圧を意味し、圧縮圧トルクの負の値は、この負圧によるトルクを意味する。圧縮圧トルクの変動において、圧縮行程および膨張行程にある気筒からの寄与が支配的であり、吸入行程および排気行程にある気筒からの寄与は小さい。これは、吸入行程および排気行程ではそれぞれ吸気バルブ、排気バルブが開いており、圧縮行程および膨張行程ではこれらバルブが閉じて燃焼室５が密閉されているため、吸入行程及び排気行程の圧力の大きさは、圧縮行程及び膨張行程の圧力の大きさに比較して小さいためである。

圧縮行程および膨張行程の燃焼室５の圧力の変動は、吸入行程で吸入した空気量に比例するため、スロットル開度TVOを大きくした場合（図４）の方が、ゼロの場合（図５）よりも、圧縮圧トルクの変動は大きくなる。即ち、圧縮圧トルクの変動の大きさ（振幅）は、スロットル開度TVOに依存する。従って、スロットル開度TVOを適切に調整することにより、最大圧縮圧トルクの絶対値ABS(Pmax)を、最小慣性トルクの絶対値ABS(Fmin)と最大慣性トルクの絶対値ABS(Fmax)の間の値に調整できる。なお、エンジン回転速度Neが小さくなると慣性トルクの変動も小さくなるため、上記のように慣性トルクの変動を圧縮圧トルクの変動で相殺できるよう、図３のように、エンジン回転速度Neが小さくなると、スロットル開度TVOを小さくして圧縮圧トルクの変動も減少させる。

図６は、本実施形態のスロットルバルブ制御を示すタイミングチャートを示す。図６（ａ）に示すように、イグニッションスイッチがオフする前に、エンジン回転速度Neはアイドル回転速度（例えば600rpm）である。イグニッションスイッチがオフすると、エンジン回転速度Neは減少し始める。エンジン回転速度Neは、イグニッションスイッチがオフしてから、例えば500ミリ秒程度でゼロになる。図６（ｂ）の実線に示すように、イグニッションスイッチがオフすると同時に、スロットルバルブ制御が開始して、スロットル開度TVOが所定値に設定され、大きく減少する（初回のステップＳ２とＳ３）。スロットル開度TVOの所定値は、エンジンのアイドル時のスロットル開度（例えば、1.5°）よりも小さい。その後、エンジン回転速度Neが減少するにしたがって、スロットル開度TVOが減少する（ステップＳ１−Ｓ３の繰り返し）。エンジン回転速度変化Neが既定値（例えば50rpm）未満であれば、クランク軸１５の回転が止まったとして制御を終了する(ステップＳ４）。スロットル開度TVOが減少する間、スロットル開度TVOは、最大圧縮圧トルクの絶対値ABS(Pmax)が、最小慣性トルクの絶対値ABS(Fmin)と最大慣性トルクの絶対値ABS(Fmax)の間の値になるように、図３のマップに基づいて設定される。なお、スロットル開度TVOの所定値も図３のマップに基づいて設定される。

作用・効果
イグニションスイッチがオフされた後に、エンジン回転速度に応じてスロットル開度を設定する。このため、任意のエンジン回転速度において、エンジンのトルク変動、回転変動を適切に低減することができる。また、エンジン回転速度の減少に従ってスロットル開度が減少するようにスロットル開度を設定する。このため、エンジン回転速度の減少に応じて慣性トルクの変動が変化しても、スロットル開度を減少させて圧縮圧トルクの変動も変化させ、圧縮圧トルクで慣性トルクの変動を相殺して総トルクの変動を減少することが可能になる。総トルクが減少すると、エンジン停止過渡時のエンジン振動を低減できるとともに、回転変動も低減して回転変動に起因する変速機の歯打ち音を減少できる。

スロットル開度は、エンジンにおいて、最大圧縮圧トルクの絶対値ABS(Pmax)が、最小慣性トルクの絶対値ABS(Fmin)と最大慣性トルクの絶対値ABS(Fmax)の間の値になるように設定される。このため、圧縮圧トルクの変動で慣性トルクの変動を適切に相殺することができる。エンジン回転速度とスロットル開度との所定の関係（図３）に基づいて、エンジン回転速度からスロットル開度が設定される。この所定の関係が、エンジンの排気量とスロットルチャンバの内径の少なくとも一方に基づいて定められている。このため、エンジンやスロットルチャンバの種類に応じて、適切に総トルクの変動を減少することが可能になる。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。

スロットルバルブ制御装置、及び、スロットルバルブ制御装置が適用されるエンジンの構成を示す概略構成図である。 スロットルバルブ制御の手順の一例を示すフローチャートである。 エンジン回転速度とスロットル開度との関係を定める参照マップの一例を示す図である。 実施形態に係るスロットルバルブ制御を行った場合において、圧縮圧トルク、慣性トルク、総トルクの変動を示す図である。 従来技術に係るスロットルバルブ制御を行った場合において、圧縮圧トルク、慣性トルク、総トルクの変動を示す図である。 （ａ）実施形態に係るスロットルバルブ制御を行った場合において、エンジン回転速度の時間変化を示すタイムチャートである。（ｂ）実施形態に係るスロットルバルブ制御を行った場合において、スロットル開度の時間変化を示すタイムチャートである。

符号の説明

１ エンジン
２ エンジン本体
３ 吸気通路
４ 排気通路
５ 燃焼室
７ 点火プラグ
８ 燃料噴射弁
９ ピストン
１１ スロットルバルブ
１３ アクチュエータ
１４ スロットルバルブ開度センサ
１５ クランク軸
１６ エンジン回転速度センサ（エンジン回転速度検出手段）
１７ イグニションスイッチ（エンジン停止手段）
１９ 変速機
２０ コントローラ
２１ スロットルチャンバ
Ｓ２、Ｓ３ 第一設定手段
Ｓ１−Ｓ３ 第二設定手段

Claims (5)

1. エンジンに吸入される空気量を調節するスロットルバルブのスロットル開度を制御するスロットルバルブ制御装置であって、
   イグニションスイッチと、
   前記エンジンのエンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、
   前記イグニションスイッチがオフされた時に、前記スロットル開度を所定値に設定する第一設定手段と、
   前記イグニションスイッチがオフされた後に、前記エンジン回転速度検出手段で検出されたエンジン回転速度の減少に従って前記所定値から前記スロットル開度が減少するように、前記エンジン回転速度検出手段で検出されたエンジン回転速度に応じて前記スロットル開度を設定する第二設定手段と、
   を備え、
   前記スロットル開度が減少する間、第二設定手段は、前記エンジンにおいて最大圧縮圧トルクの絶対値が最小慣性トルクの絶対値と最大慣性トルクの絶対値の間になるように、前記スロットル開度を設定することを特徴とするスロットルバルブ制御装置。
2. 第一設定手段が、前記エンジンにおいて、最大圧縮圧トルクの絶対値が、最小慣性トルクの絶対値と最大慣性トルクの絶対値の間になるように、前記スロットル開度を設定することを特徴とする請求項１に記載のスロットルバルブ制御装置。
3. 第一と第二設定手段の少なくとも一方が、前記エンジン回転速度と前記スロットル開度との所定の関係に基づいて、前記エンジン回転速度から前記スロットル開度を設定し、
   前記所定の関係が、前記エンジンの排気量とスロットルチャンバの内径の少なくとも一方に基づいて定められていることを特徴とする請求項１又は２に記載のスロットルバルブ制御装置。
4. 前記スロットル開度の所定値が、前記エンジンのアイドル運転中のスロットル開度より小さいことを特徴とする請求項１に記載のスロットルバルブ制御装置。
5. エンジンに吸入される空気量を調節するスロットルバルブのスロットル開度を制御するスロットルバルブ制御方法であって、
   前記エンジンのエンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出ステップと、
   イグニションスイッチがオフされた時に、前記スロットル開度を所定値に設定する第一設定ステップと、
   前記イグニションスイッチがオフされた後に、前記エンジン回転速度検出手段で検出されたエンジン回転速度の減少に従って前記所定値から前記スロットル開度が減少するように、前記エンジン回転速度検出手段で検出されたエンジン回転速度に応じて前記スロットル開度を設定する第二設定ステップと、
   を含み、
   前記スロットル開度が減少する間、第二設定ステップによって、前記エンジンにおいて最大圧縮圧トルクの絶対値が最小慣性トルクの絶対値と最大慣性トルクの絶対値の間になるように、前記スロットル開度が設定されることを特徴とするスロットルバルブ制御方法。

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