JP6029371B2

JP6029371B2 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP6029371B2
Application number: JP2012167957A
Authority: JP
Inventors: 直樹大治
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2016-11-24
Anticipated expiration: 2032-07-30
Also published as: JP2014025444A

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

車両等に搭載される内燃機関では、その運転状況に応じて燃料噴射を一時的に停止する燃料カットを行うことが知られている。通常、アクセルペダルの踏込量が０または０に近い閾値以下となり、かつエンジン回転数が燃料カット許可回転数以上あるときに、燃料カット条件が成立したものとして燃料カットを開始する。そして、アクセルペダルの踏込量が閾値を上回った、エンジン回転数が燃料カット復帰回転数まで低下した等の何れかの燃料カット終了条件が成立したときに、燃料カットを終了、燃料噴射を再開する。

スロットルバルブが大きく開かれている、即ち内燃機関の出力が比較的大きい段階で、急に燃料供給を遮断すると、機関の出力トルク（ひいては、エンジン回転数、車速）がステップ的に低落するトルクショックが発生し、運転者を含む搭乗者に衝撃を感じさせる。

そのようなトルクショックを軽減するべく、従来より、燃料カット条件が成立しても即座に燃料噴射を停止はせず、一定の遅延時間の経過を待ってから燃料噴射を停止するようにしている（例えば、下記特許文献を参照）。

特開平１０−０３０４７７号公報

燃料カット条件成立から実際の燃料カット開始までの遅延時間は、燃料カット条件成立時の機関の出力トルクがそれほど高くない場合や、機関のメカロスが小さい場合等においては、短縮することが許されるはずである。

にもかかわらず、現状は、燃料カットを開始する前に必ず一定の遅延時間をおくこととしている。言うまでもなく、この遅延期間中も燃料噴射及び燃焼は継続されており、不必要に長い遅延時間は実効燃費の悪化につながる。

本発明は、上述の点に初めて着目してなされたものであり、燃料カットの際のトルクショックを抑制してドライバビリティを維持しながらも、燃費の一層の改善を図ることを所期の目的としている。

本発明では、所定の燃料カット条件が成立した場合に気筒への燃料供給を一時停止する燃料カットを行うものであって、燃料カット条件成立時におけるアイドルスピードコントロールバルブの開度とスロットルバルブの開度とのうち少なくとも一方に応じて燃料カット条件成立後の内燃機関の出力トルクの低下の時定数を決定し、車両重量、変速機、デファレンシャル及び車輪等の総体の伝達効率、燃料カット条件成立時の変速機のギア比、デファレンシャル比、燃料カット条件成立後のエンジン回転数及び内燃機関の冷却水温に応じて許容トルクを決定し、燃料カット条件成立時の内燃機関の出力トルクの推算値と前記時定数とを基に、燃料カット条件成立後の内燃機関の出力トルクが許容トルク以下となる時点を求めて、当該時点で気筒への燃料供給を停止する内燃機関の制御装置を構成した。

このようなものであれば、トルクショックが軽減されるのに必要十分な遅延時間、即ち機関の出力トルクが許容トルク以下に低下するのに必要十分な遅延時間を設定することができる。燃料カット条件成立時の機関の出力トルクがそれほど高くない場合や、機関のメカロスが小さい場合等においては、遅延時間を短縮することが可能となり、遅延時間における燃料の浪費を削減することにつながる。

本発明によれば、燃料カットの際のトルクショックを抑制してドライバビリティを維持しながら、燃費の一層の改善を図ることができる。

本発明の一実施形態における内燃機関の概略構成を示す図。同実施形態の制御装置が実施する処理の手順例を示すフロー図。燃料カット条件成立時点から燃料カット開始時点にかけての機関の出力トルクの低下の模様を例示する図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。

本実施形態における内燃機関は、火花点火式ガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。加えて、吸気通路３における、スロットルバルブ３２の上流側と下流側とを短絡するバイパス流路３５には、当該流路３５の開度を調節するためのアイドルスピードコントロールバルブ３６を設けてある。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。

入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号（Ｎ信号）ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（運転者が要求する機関出力、いわば要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、シフトレバーのレンジを知得するためのセンサ（シフトポジションスイッチ）から出力されるシフトレンジ信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号（Ｇ信号）ｇ、燃焼室内での燃料の燃焼に伴って生じるイオン電流を検出する回路から出力されるイオン電流信号ｈ等が入力される。

出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、アイドルスピードコントロールバルブ３６に対して開度操作信号ｋ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミングといった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋを出力インタフェースを介して印加する。

本実施形態のＥＣＵ０は、運転状況に応じてインジェクタ１１からの燃料噴射（及び、点火プラグ１２による点火）を一時的に停止する燃料カットを実行する。通常、アクセルペダルの踏込量が０または０に近い閾値以下となり、かつエンジン回転数が燃料カット許可回転数以上あるときに、燃料カット条件が成立したものとする。

但し、本実施形態では、燃焼カット条件の成立に伴い即座に気筒１への燃料噴射を停止するのではなく、燃料カット条件成立後の機関の出力トルクを推算し、この出力トルクが許容トルク以下となる時点で、はじめて気筒１への燃料噴射を停止するものとしている。燃料カット条件の成立から燃料カットの開始までの間に遅延時間をおくのは、燃料カットに起因するトルクショック、即ち機関の出力トルク、エンジン回転数及び車速がステップ的に低落して運転者を含む搭乗者に衝撃を感じさせるような振動が発生する事象を十分に抑制するためである。

許容トルクは、燃料噴射を停止してもトルクショックが十分に小さいような値に設定する。以下に、許容トルクの算定手法を述べる。

運転者または搭乗者に衝撃を感じさせないような車速の減速度に相当するトルクの低下量は、下式で表される；
トルク低下量＝許容減速度×（車両重量＋搭乗者重量）÷伝達効率×車輪（タイヤ）径÷変速機ギア比÷デファレンシャル比
許容減速度は、例えば０．０８Ｇとする。搭乗員重量は、例えば６０ｋｇに想定人数を乗じたものとする。主として二人乗りを想定するならば、搭乗員重量は１２０ｋｇとなる。伝達効率は、トランスミッション（変速機やデファレンシャルを含む）及び車輪等の総体の伝達効率であり、例えば０．９とする。変速機のギア比は、燃料カット条件成立時の変速比または変速段に応じた値とする。

許容トルクは、燃料カット即ち燃料噴射の停止に起因する機関の出力トルクの低下について許容される最大値であり、上式のトルク低下量を用いる下式で表される；
許容トルク＝トルク低下量−燃料カット条件成立後の機関のメカロス
燃料カットに起因する機関の出力トルクの低下分のうち、機関のメカロスの項は、燃料カット条件成立後のエンジン回転数及び機関の冷却水温に応じた値とする。エンジン回転数が高いほど、また冷却水温が低いほど、機関のメカロスの項は大きくなる。冷却水温は、機関各部のフリクションを示唆する。冷却水温が低いほど、機関の温度が低く、潤滑油の粘性が高く、そしてフリクションが大きい。

翻って、燃料カット条件成立後、燃料カット開始前の遅延時間における機関の出力トルクは、そのときのエンジン回転数、燃料噴射量及び冷却水温等を基に推算する。機関の出力トルクの算定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。なお、燃料カット条件が成立している場合、スロットルバルブ３２の開度は０または０に近くなっており、気筒１に充填される吸気量及び燃料噴射量も顕著に減少する。

図２に、本実施形態のＥＣＵ０が燃料カットに際して実行する処理の手順を示す。燃料カット条件が成立したとき（ステップＳ１）、ＥＣＵ０は、実際に燃料カットを開始するまでの遅延時間を決定する（ステップＳ２ないしＳ５）。

具体的には、まず、燃料カット条件成立時ｔ₀における変速比または変速段を加味した許容トルクを設定する（ステップＳ２）。次に、燃料カット条件成立時ｔ₀の機関の出力トルクを推算し（ステップＳ３）、さらに、燃料カット条件成立後時間の経過とともに低下してゆく機関の出力トルクの低下の時定数を決定する（ステップＳ４）。

出力トルクの低下の時定数は、燃料カット条件成立時ｔ₀のアイドルスピードコントロールバルブ３６の開度や、スロットルバルブ３２の開度に応じて異なる。アイドルスピードコントロールバルブ３２の開度は、機関の冷却水温が比較的低いときには大きく開かれ、冷却水温が比較的高いときには小さく絞られている。また、燃料カット条件が成立している場合のスロットルバルブ３２の開度は、個体差によるばらつきや、経年劣化によるデポジットの付着等によって変化するが、これは燃料カット条件成立時ｔ₀の吸気管内圧力等から推測することが可能である。ＥＣＵ０のメモリには予め、アイドルスピードコントロールバルブ３６の開度及び／またはスロットルバルブ３２の開度と、遅延時間における機関の出力トルクの低下の推移に係る時定数との関係を規定したマップデータが格納されている。ステップＳ４にて、ＥＣＵ０は、アイドルスピードコントロールバルブ３６の開度及び／またはスロットルバルブ３２の開度をキーとして当該マップを検索し、機関の出力トルクの低下の時定数を知得する。

その上で、ＥＣＵ０は、ステップＳ３にて推算した燃料カット条件成立時ｔ₀の出力トルクと、ステップＳ４にて決定した出力トルクの低下の時定数とを基に、機関の出力トルクがステップＳ２にて設定した許容トルク以下となる時点ｔ₁を算定する（ステップＳ５）。当該時点ｔ₁が、遅延時間の終期ということになる。図３に、燃料カット条件成立時点ｔ₀から燃料カット開始時点ｔ₁にかけての、機関の出力トルクの低下の模様を例示する。

しかして、ＥＣＵ０は、遅延時間の終期の時点ｔ₁に至るまでは、気筒１に充填される吸気量に対応した量の燃料を噴射して燃焼させる運転制御を続行し（ステップＳ６）、当該時点ｔ₁の到来とともに、燃料噴射（及び、点火）を停止する燃料カットを開始する（ステップＳ７）。

燃料カットの開始後、アクセルペダルの踏込量が閾値を上回った、エンジン回転数が燃料カット復帰回転数まで低下した等の何れかの燃料カット終了条件が成立した暁には（ステップＳ８）、燃料カットを終了することとし、燃料噴射（及び、点火）を再開する（ステップＳ９）。

因みに、燃料カットからの復帰時には、低落したエンジン回転数を回復するべく、ある期間燃料噴射量を増量して空燃比をリッチ化した後、空燃比を本来の目標である理論空燃比近傍の値に収束させる空燃比制御を実施する。

本実施形態では、所定の燃料カット条件が成立した場合に気筒１への燃料供給を一時停止する燃料カットを行うものであって、燃料カット条件成立後の機関の出力トルクを推算し、これを車両の重量、駆動系の特性及び燃料カット条件成立後の内燃機関のメカロスに応じて定まる許容トルクと比較して、機関の出力トルクが許容トルク以下となる時点ｔ₁で気筒１への燃料供給を停止することを特徴とする内燃機関の制御装置０を構成した。

本実施形態によれば、トルクショックが軽減されるのに必要十分な遅延時間（燃料カット条件成立時点ｔ₀から燃料カット開始時点ｔ₁までの時間）を設定することができる。燃料カット条件成立時の機関の出力トルクがそれほど高くない場合や、機関のメカロスが小さい場合等においては、許容トルクを高く設定して遅延時間を短縮することが可能となり、遅延時間における燃料の浪費を削減できる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、燃料カット条件の成立時点で、機関の出力トルク及びその低下の時定数を推定して遅延時間を決定していたが、燃料カット条件の成立後、機関の出力トルクの瞬時値を反復的に推算し、かつ当該出力トルクの瞬時値と許容トルクとの大小関係を反復的に比較して、前者が後者以下となった時点で燃料カットを開始する（燃料カット条件の成立時点では遅延時間の長さを確定しない）ものとしてもよい。

その他、各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１１…インジェクタ
１２…点火プラグ
３２…スロットルバルブ
３６…アイドルスピードコントロールバルブ

Claims

所定の燃料カット条件が成立した場合に気筒への燃料供給を一時停止する燃料カットを行うものであって、
燃料カット条件成立時におけるアイドルスピードコントロールバルブの開度とスロットルバルブの開度とのうち少なくとも一方に応じて燃料カット条件成立後の内燃機関の出力トルクの低下の時定数を決定し、
車両重量、変速機、デファレンシャル及び車輪等の総体の伝達効率、燃料カット条件成立時の変速機のギア比、デファレンシャル比、燃料カット条件成立後のエンジン回転数及び内燃機関の冷却水温に応じて許容トルクを決定し、
燃料カット条件成立時の内燃機関の出力トルクの推算値と前記時定数とを基に、燃料カット条件成立後の内燃機関の出力トルクが許容トルク以下となる時点を求めて、当該時点で気筒への燃料供給を停止することを特徴とする内燃機関の制御装置。