JP6289080B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載される内燃機関を制御する制御装置に関する。

無段変速機が実装された車両において、運転者がアクセルペダルを踏み込む加速要求が行われた際には、スロットルバルブをアクセルペダルの踏込量に対応した開度に拡大操作し、気筒に充填される吸気量及び燃料噴射量を増量して内燃機関の出力トルクを増大させるとともに、駆動輪（車軸）に入力されるトルクを増強するべく、無段変速機をローギア側（減速側、変速比が増大する側）に操作する。

この変速比の操作が終了したとき、車両にいわゆる「しゃくり振動」が惹起されることがある。急加速要求に応じて無段変速機が減速側に操作されると、動力伝達に関与する回転体の回転数が変化し、その回転数の変化量（角加速度）及び慣性モーメントに応じた慣性トルクが発生する。この慣性トルクは、上述した変速比の操作が終了して当該回転体の回転数が目標回転数に安定する頃に解放される。結果、駆動輪に入力されるトルクが一時的に増大し、駆動系（動力伝達系）の捻れ弾性に抗して車体が前後に揺動する。これが、しゃくり振動の主な要因である。

車両の振動を抑制する手法の一つとして、スロットルバルブの開度を拡大する過渡期に燃料噴射量をステップ的に変化させ、駆動輪トルクの大きさを調整することが試みられている（例えば、下記特許文献を参照）。

しかしながら、燃料噴射量は本来、あまり大きく増減させることはできない。混合気の空燃比が理論空燃比から乖離すると、有害物質の排出量が増加する懸念がある。また、混合気の空燃比がリーン化すると、その燃焼が不安定化し、時には失火に至る。

特開２０００−３０３８７６号公報

車両の振動を抑制する他の手法として、エンジン回転数の単位時間あたり変化量を監視し、その変化量即ち回転変動が大きくなる時期に、点火タイミングを遅角補正してエンジントルクの抑制を図ることが考えられる。

だが、回転変動は、無段変速機の変速比を操作すること自体によっても発生する。であるから、エンジン回転数の変化量をそのまま参照して点火タイミングの遅角補正を実行すると、点火タイミングを不必要に遅角することとなってしまい、エンジントルクの低減による加速性能の低下や、燃費性能の悪化につながりかねない。

本発明は、以上の問題に初めて着目してなされたものであり、車両の振動を抑制するための点火タイミングの遅角補正において、点火タイミングの遅角量を適正化することを所期の目的としている。

本発明では、変速機を実装した車両に搭載される内燃機関を制御するものであって、エンジン回転数の実測値の単位時間あたりの変化量を求めるとともに、車速の実測値、車輪の動荷重半径及び駆動系の変速比から逆算したエンジン回転数の推算値の単位時間あたりの変化量を求め、前者の変化量から後者の変化量を減算または除算した値の絶対値が大きいほど、エンジン回転数が上昇する加速期の点火タイミングの遅角補正量を大きくする内燃機関の制御装置を構成した。

本発明によれば、車両の振動を抑制するための点火タイミングの遅角補正において、点火タイミングの遅角量を適正化できる。

本発明の一実施形態における内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。 同実施形態における車両の駆動系の構成を示す図。 同実施形態における無段変速機の変速線図。 同実施形態の制御装置が実施する制御の内容を示すタイミング図。

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、火花点火式の４ストローク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。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

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、電子スロットルバルブ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。

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。

図２に、車両が備える駆動系の例を示す。この駆動系は、トルクコンバータ７及び自動変速機８、９を備えてなる。特に、本実施形態では、自動変速機８、９の構成要素として、遊星歯車機構を利用した前後進切換装置８、及び無段変速機の一種であるベルト式ＣＶＴ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）９を採用している。

内燃機関が出力する回転トルクは、内燃機関のクランクシャフトからトルクコンバータ７の入力側のポンプインペラ７１に入力され、出力側のタービンランナ７２に伝達される。タービンランナ７２の回転は、前後進切換装置８を介してＣＶＴ９の駆動軸９４に伝わり、ＣＶＴ９における変速を経て従動軸９５を回転させる。従動軸９５の回転は、出力ギア１０１に伝達される。出力ギア１０１は、デファレンシャル装置のリングギア１０２と噛合し、デファレンシャル装置を介して車軸１０３及び駆動輪（図示せず）を回転させる。

トルクコンバータ７は、ロックアップ機構を備える。ロックアップ機構は、この分野では既知のもので、トルクコンバータ７の入力側と出力側とを相対回動不能に締結するロックアップクラッチ７３と、ロックアップクラッチ７３を断接切換駆動するための作動液圧（油圧）を制御するロックアップソレノイドバルブ（図示せず）とを要素とする。ロックアップソレノイドバルブは、制御信号ｌを受けてその開度を変化させる流量制御弁である。

ＣＶＴ９を搭載した車両においては、車速が所定値（例えば、１０ｋｍ／ｈ）以上である場合、ほぼ常時トルクコンバータ７をロックアップする。車速が所定値以下となれば、トルクコンバータ７のロックアップを解除する。ロックアップ時、ロックアップクラッチ７３はトルクコンバータカバー７４に押し付けられ、トルクコンバータカバー７４と一体となって回転する。ロックアップ時、トルクコンバータ７の入力側（のドライブプレート）に入力された機関のトルクは、トルクコンバータカバー７４からロックアップクラッチ７３を経由してトルクコンバータ７の出力側、ひいては前後進切換装置８に直接伝達される。ロックアップ時、トルクコンバータ７の出力側回転数の入力側回転数に対する比である速度比は１となる。

翻って、非ロックアップ時には、ロックアップクラッチ７３がトルクコンバータカバー７４から離反する。非ロックアップ時、トルクコンバータ７の入力側に入力された機関のトルクは、トルクコンバータカバー７４からポンプインペラ７１、タービン７２へと伝わり、前後進切換装置８に伝達される。非ロックアップ時、トルクコンバータ７の速度比は、駆動状態に応じて１よりも小さくなったり大きくなったりする。

前後進切換装置８は、そのサンギア８１がタービンランナ７２と連絡し、リングギア８２が駆動軸９４と連絡している。プラネタリギア８３１を支持するプラネタリキャリア８３と変速機ケースとの間には、断接切換可能な液圧クラッチたるフォワードブレーキ８４を介設している。また、プラネタリキャリア８３とサンギア８１（または、トルクコンバータ７の出力側）との間にも、断接切換可能な液圧クラッチたるリバースクラッチ８５を介設している。

走行レンジのうちのＤレンジでは、フォワードブレーキ８４を締結し、リバースクラッチ８５を切断する。これにより、トルクコンバータ７の出力軸の回転が逆転されかつ減速されて駆動軸９４に伝達され、前進走行となる。翻って、Ｒレンジでは、リバースクラッチ８５を締結し、フォワードブレーキ８４を切断する。これにより、サンギア８１とプラネタリキャリア８３とが一体的に回転し、トルクコンバータ７の出力軸と駆動軸９４とが直結して後進走行となる。フォワードブレーキ８４またはリバースクラッチ８５を断接切換駆動するための作動液圧を制御するソレノイドバルブ（図示せず）は、制御信号ｍを受けてその開度を変化させる流量制御弁である。

非走行レンジであるＮレンジ、Ｐレンジでは、フォワードブレーキ８４及びリバースクラッチ８５をともに切断する。

ＣＶＴ９は、駆動プーリ９１及び従動プーリ９２と、両プーリ９１、９２に巻き掛けられたベルト９３とを要素とする。駆動プーリ９１は、駆動軸９４に固定した固定シーブ９１１と、駆動軸９１上にローラスプラインを介して軸方向に変位可能に支持させた可動シーブ９１２と、可動シーブ９１２の後背に配設された液圧サーボ９１３とを有しており、液圧サーボ９１３を操作し可動シーブ９１２を変位させることを通じて変速比を無段階に変更できる。並びに、従動プーリ９２は、従動軸９５に固設した固定シーブ９２１と、従動軸９５上にローラスプラインを介して軸方向に変位可能に支持させた可動シーブ９２２と、可動シーブ９２２の後背に配設された液圧サーボ９２３とを有しており、液圧サーボ９２３を操作し可動シーブ９２２を変位させることを通じてトルク伝達に必要なベルト推力を与える。

走行レンジを操作するべくフォワードブレーキ８４またはリバースクラッチ８５に供給される作動液（作動油）、また変速比を操作するべく液圧サーボ９１３、９２３に供給される作動液を吐出する液圧ポンプ（図示せず）は、内燃機関のクランクシャフトからトルクの伝達を受けて稼働する、既知の機械式（非電動式）のものである。この作動液は、トルクコンバータ７に用いられる流体と共通である。

本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）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（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、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサ（または、ブレーキスイッチ）から出力されるブレーキ踏量信号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、内燃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、シフトレバーのレンジを知得するためのセンサ（または、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ｇ、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、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ロックアップクラッチ７３の断接切換用のロックアップソレノイドバルブに対して開度制御信号ｌ、フォワードブレーキ８４またはリバースクラッチ８５の断接切換用のソレノイドバルブに対して開度制御信号ｍ、ＣＶＴ９に対して変速比制御信号ｎ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、トルクコンバータ７のロックアップを行うか否か、自動変速機８、９の変速比といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎを出力インタフェースを介して印加する。

図３に、ＥＣＵ０がＣＶＴ９を制御する際の変速線図を示す。変速線図は、車速及びアクセル開度に対応した目標入力回転数（タービン７２の回転数）を表すものであり、車速及びアクセル開度に対応したＣＶＴ９の変速比を規定する。図３には、アクセル開度が１００％の場合の変速線を太い破線で、５０％の場合の変速線を太い実線で、０％の場合の変速線を太い鎖線で、それぞれ描画している。変速比は、ＣＶＴ９がハードウェア的に実現し得るローギア側の限界Ｌ及びハイギア側の限界Ｈの間の値をとる。

本実施形態のＥＣＵ０は、運転者がアクセルペダルを踏み込む加速要求が行われ、その加速要求に呼応して車両を加速する過渡期に発生するしゃくり振動の抑制を図るべく、点火タイミングの遅角補正を実施する。

図４に、本実施形態のＥＣＵ０が実施する制御の内容を示している。ＥＣＵ０は、クランク角信号ｂを参照してエンジン回転数を反復的に実測しつつ、今回計測したエンジン回転数から前回計測したエンジン回転数を減算した差分を反復的に求める。この差分が、エンジン回転数の実測値の単位時間あたりの変化量ＤＮＥＩＧである。実際には、内燃機関の出力軸であるクランクシャフトが所定角度（例えば、３０°ＣＡ（クランク角度））回転するのに要した時間を反復的に計測してその差分をとる形で、エンジン回転数の実測値の単位時間あたりの変化量ＤＮＥＩＧを得ている。図４中、変化量ＤＮＥＩＧを細い鎖線で表している。

他方、ＥＣＵ０は、車速信号ａを参照して車速を反復的に実測しつつ、この車速の実測値から推測されるエンジン回転数ＮＥＴＭを逆算する。エンジン回転数の推算値ＮＥＴＭは、下式で与えられる。
ＮＥＴＭ＝（車速×１０００／６０）×（ＣＶＴ９が具現する減速比×最終減速比）／（２π×車輪（タイヤ）の動荷重半径）
最終減速比は、デファレンシャル比×前減速比である。なお、上式は、トルクコンバータ７をロックアップしていることが前提となっている。

さらに、ＥＣＵ０は、今回計測した車速から推算したエンジン回転数ＮＥＴＭから、前回計測した車速から推算したエンジン回転数ＮＥＴＭを減算した差分を反復的に求める。この差分が、エンジン回転数の推算値の単位時間あたりの変化量ＤＴＭＮＥＩＧである。図４中、変化量ＤＴＭＮＥＩＧを細い実線で表している。

その上で、ＥＣＵ０は、エンジン回転数の実測値の単位時間あたりの変化量ＤＮＥＩＧから、エンジン回転数の推算値の単位時間あたりの変化量ＤＴＭＮＥＩＧを減算した値ＤＥＮＧＮＥＩＧを得、このＤＥＮＧＮＥＩＧに基づいて点火タイミングの遅角補正量ＡＳＲ２を決定する。図４中、変化量ＤＥＮＧＮＥＩＧ及び遅角補正量ＡＳＲ２をそれぞれ太い実線で表している。

エンジン回転数の実測値の変動ＤＮＥＩＧには、ＣＶＴ９の変速比を変化させること自体によって必然的に発生する回転変動の成分ＤＴＭＮＥＩＧと、それ以外の回転変動の成分ＤＥＮＧＮＥＩＧとが含まれている。前者の回転変動成分ＤＴＭＮＥＩＧは、ＣＶＴ９の変速比が一定化すれば収束するものであり、この回転変動成分ＤＴＭＮＥＩＧを点火タイミングの遅角補正によって鎮圧しようとすることは無駄と言える。

これに対し、後者の回転変動成分ＤＥＮＧＮＥＩＧは、車両の前後揺動に深く関わるものである。この回転変動成分ＤＥＮＧＮＥＩＧこそ、点火タイミングの遅角補正によって鎮圧するべき変動である。

故に、本実施形態のＥＣＵ０は、回転変動成分ＤＥＮＧＮＥＩＧが正値（即ち、エンジン回転数が上昇する加速期）であり、その絶対値が大きいほど、点火タイミングの遅角補正量ＡＳＲ２を大きく設定して、ＡＳＲ２だけ点火タイミングを遅角させる。点火タイミングの遅角化は、内燃機関の熱機械変換効率を低下させ、内燃機関が出力するエンジントルクを抑制する働きをする。

翻って、回転変動成分ＤＥＮＧＮＥＩＧが０（エンジン回転数が変動しない）または負値（エンジン回転数が低下する減速期）には、点火タイミングを遅角補正する必要はない。だが、点火タイミングをステップ的に急変（進角）させると、却ってエンジントルクの変動を招くおそれがあることから、ＥＣＵ０は、回転変動成分ＤＥＮＧＮＥＩＧが０または負値であるとき、点火タイミングの遅角補正量ＡＳＲ２を所定量ずつ逓減させる。

図４中、回転変動成分ＤＥＮＧＮＥＩＧに基づいて設定される点火タイミングの遅角補正量ＡＳＲ２との比較として、エンジン回転数の実測値の変動ＤＮＥＩＧに基づいて設定される点火タイミングの遅角補正量ＡＳＲ２’を細い破線で表している。図４から明らかなように、後者の遅角補正量ＡＳＲ２’は、前者の遅角補正量ＡＳＲ２よりも大きい。また、遅角補正量ＡＳＲ２’を用いる点火タイミングの遅角補正の期間は、遅角補正量ＡＳＲ２を用いる点火タイミングの遅角補正の期間よりも長くなる。

遅角補正量ＡＳＲ２’を用いて点火タイミングを遅角補正した場合、運転者がアクセルペダルを踏み込んでいるにもかかわらず、車両の加速度の落ち込みが発生してしまう。遅角補正量ＡＳＲ２を用いて点火タイミングを遅角補正した場合には、車両の加速度の顕著な落ち込みは発生しない。

本実施形態では、無断変速機９を実装した車両に搭載される内燃機関を制御するものであって、エンジン回転数の実測値の単位時間あたりの変化量ＤＮＥＩＧを求めるとともに、車速の実測値、車輪の動荷重半径及び駆動系の変速比から逆算したエンジン回転数の推算値ＮＥＴＭの単位時間あたりの変化量ＤＴＭＮＥＩＧを求め、前者の変化量ＤＮＥＩＧから後者の変化量ＤＴＭＮＥＩＧを減算した値ＤＥＮＧＮＥＩＧに基づき、エンジン回転数が上昇する加速期の点火タイミングの遅角補正量ＡＳＲ２を決定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、車両の振動を抑制するための点火タイミングの遅角補正において、点火タイミングの遅角量ＡＳＲを適正化できる。即ち、無駄な点火タイミングの遅角を回避することができ、加速要求に対するレスポンス（加速性能、ドライバビリティ）及び熱機械変換効率（燃費性能）の向上に寄与し得る。

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、エンジン回転数の実測値の単位時間あたりの変化量ＤＮＥＩＧから、エンジン回転数の推算値ＮＥＴＭの単位時間あたりの変化量ＤＴＭＮＥＩＧを減算した値ＤＥＮＧＮＥＩＧに基づいて点火タイミングの遅角補正量ＡＳＲ２を決定していた。

だが、点火タイミングの遅角補正により鎮圧するべき正味の回転変動の大きさを示す指標値を得るためには、前者の変化量ＤＮＥＩＧから後者の変化量ＤＴＭＮＥＩＧを減算する以外にも、前者の変化量ＤＮＥＩＧから後者の変化量ＤＴＭＮＥＩＧを除算したり、あるいはその他の演算を用いたりする手法をとり得る。前者の変化量ＤＮＥＩＧから後者の変化量ＤＴＭＮＥＩＧを除算する等して正味の回転変動の指標値を得る場合でも、その指標値の絶対値が大きいほど、点火タイミングの遅角補正量ＡＳＲ２を大きく設定することになる。

また、車両に実装される無段変速機９の具体的態様は、ベルト式ＣＶＴには限定されない。加えて、車両に実装される変速機が無段変速機であるとも限られない。有段の自動変速機や手動変速機を実装した車両の制御においても、本発明を適用することは可能である。

その他各部の具体的構成は、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
１２…点火プラグ
９…無段変速機（ベルト式ＣＶＴ）
ａ…車速信号
ｂ…クランク角信号
ｃ…アクセル開度信号
ｎ…変速比制御信号

Claims (1)

1. 変速機を実装した車両に搭載される内燃機関を制御するものであって、
   エンジン回転数の実測値の単位時間あたりの変化量を求めるとともに、
   車速の実測値、車輪の動荷重半径及び駆動系の変速比から逆算したエンジン回転数の推算値の単位時間あたりの変化量を求め、
   前者の変化量から後者の変化量を減算または除算した値の絶対値が大きいほど、エンジン回転数が上昇する加速期の点火タイミングの遅角補正量を大きくする内燃機関の制御装置。

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