JP6388078B2 - 車両用内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、減速時に燃料カットを行う車両用内燃機関の制御装置に関する。

車両用内燃機関の燃料消費の低減のために、走行中にアクセル開度が０となったときに所定の燃料カット許可条件に従って燃料供給の停止つまり燃料カットを行うことが知られている。

特許文献１には、燃料カット許可条件の一つとして、車速条件を含めることが開示されている。つまり、アクセル開度が０となった時、車速が所定の燃料カット許可車速よりも高いときに燃料カットを許可することが開示されている。

特開２０１３−１１７２号公報

本発明は、より低車速でも燃料カット制御をより適切に行うことで、燃料カットによる燃料消費の一層の低減を図るとともに、乗員に与える違和感の抑制を図ることを目的としている。

本発明は、走行中にアクセル開度が０となったときに、車速が燃料カット許可車速よりも高いことを一つの条件として、所定のディレイ時間の経過後に燃料カットを実行する車両用内燃機関の制御装置であって、
当該発明により、機関温度が低いときを含めて燃料カットの機会を最大限に増やしつつ、乗員に与える違和感の抑制が図れる。

この発明に係る制御装置の一実施例のシステム構成を示す構成説明図。 減速時の制御の第１実施例を示すフローチャート。 冷却水温に対する燃料カット許可回転速度の特性を示す特性図。 冷却水温に対する燃料カット許可車速の特性を示す特性図。 冷却水温に対する燃料カット時の目標空気量の特性を示す特性図。 アクセルＯＦＦに伴う機関トルクと空気量と点火時期との各々の変化を、暖機完了後と未暖機時とで対比して示したタイムチャート。 減速時の制御の第２実施例を示すフローチャート。 予測トルクに対する燃料カット許可車速の特性を示す特性図。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明の一実施例のシステム構成を示す構成説明図である。図示せぬ車両に搭載されている内燃機関１は、例えば火花点火式ガソリン機関であって、燃焼室の天井壁面に一対の吸気弁２および一対の排気弁３が配置されているとともに、これらの吸気弁２および排気弁３に囲まれた中央部に点火プラグ４が配置されている。

上記吸気弁２によって開閉される吸気ポート５には、吸気弁２へ向かって燃料を噴射する燃料噴射弁６が各気筒毎に配置されている。また、吸気ポート５に接続された吸気通路７のコレクタ部７ａ上流側には、エンジンコントローラ１０からの制御信号によって開度が制御される電子制御型スロットルバルブ８が介装されており、このスロットルバルブ８のさらに上流側に、吸入空気量を検出するエアフロメータ９が配設されている。

また、排気ポート１１に接続された排気通路１２には、三元触媒からなる触媒装置１３，１４が介装されており、その上流側に空燃比センサ１６が配置されている。そして、２つの触媒装置１３，１４の間から分岐した排気還流通路１５の先端が吸気通路７のスロットルバルブ８下流側に接続されており、排気還流制御弁１７が排気還流通路１５に介装されている。

上記内燃機関１は、図示せぬトルクコンバータ及び変速機と組み合わされて車両に搭載されており、該変速機および図示せぬ終減速装置を介して車両の駆動輪を駆動している。上記変速機としては、例えば、車両の運転条件に応じて変速比を連続的に変更可能なベルト式無段変速機（いわゆるＣＶＴ）が用いられている。

上記エンジンコントローラ１０には、上記のエアフロメータ９、空燃比センサ１６のほか、機関回転速度ＮＥを検出するためのクランク角センサ１８、機関温度として冷却水温ＴＷを検出する水温センサ１９、運転者により操作されるアクセルペダル２０の踏込量（つまりアクセル開度ＡＰＯ）を検出するアクセル開度センサ２１、車速Ｖを検出する車速センサ２２、等の種々のセンサ類が接続されており、これらの検出信号が入力されている。また、上記の無段変速機の変速比制御等を行うＣＶＴコントローラ２４が、車内ネットワーク２５を介してエンジンコントローラ１０に接続されており、両者間で必要な情報・信号の授受を行っている。本発明に関しては、少なくとも変速比情報および変速機作動油温度情報がＣＶＴコントローラ２４からエンジンコントローラ１０へ与えられる。

エンジンコントローラ１０は、上記の種々の検出信号に基づき、燃料噴射弁６による燃料噴射の燃料噴射量および噴射時期、点火プラグ４による点火の点火時期、スロットルバルブ８の開度、等を最適に制御している。そして、後述するように、燃料消費の抑制のために燃料カットを実行する。尚、前記トルクコンバータはロックアップクラッチを有しており、例えば１０ｋｍ/ｈ以上の車速でロックアップクラッチを締結するようにしている。このロックアップクラッチが締結されているときに燃料カットを実施し、ロックアップクラッチが解放されているときには燃料カットを実施しない。

図２は、上記エンジンコントローラ１０が実行する減速時の制御の第１実施例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、内燃機関１の運転中に所定の微小時間毎に繰り返し実行されるものであって、ステップ１において、アクセルＯＮからアクセルＯＦＦへ変化したか否か、つまりアクセル開度ＡＰＯが０以外の状態から０へと変化したか否かを繰り返し判定する。ステップ２では、そのときの冷却水温ＴＷに基づき、冷却水温ＴＷに対応した燃料カット許可回転速度ＮＥｆｃと、冷却水温ＴＷに対応した燃料カット許可車速Ｖｆｃと、を設定する。

そして、ステップ３において、燃料カット条件として、「機関回転速度ＮＥが燃料カット許可回転速度ＮＥｆｃよりも高いこと」および「車速Ｖが燃料カット許可車速Ｖｆｃよりも高いこと」の２つの条件が同時に満たされているか否かを判定する。ここでＮＯであれば、燃料カットは実行しない。

図３は、冷却水温ＴＷに対する燃料カット許可回転速度ＮＥｆｃの特性を示しており、図示するように、未暖機時（例えば冷却水温ＴＷが５０℃未満）には、オイルの粘性が高くエンジンストールを回避するために、燃料カット許可回転速度ＮＥｆｃが高く設定される。図４は、冷却水温ＴＷに対する燃料カット許可車速Ｖｆｃの特性を示しており、やはり未暖機時には、燃料カット許可車速Ｖｆｃが高く設定される。エンジンコントローラ１０は、冷却水温ＴＷをパラメータとして燃料カット許可回転速度ＮＥｆｃの値を予め割り付けた燃料カット許可回転速度テーブルおよび冷却水温ＴＷをパラメータとして燃料カット許可車速Ｖｆｃの値を予め割り付けた燃料カット許可車速テーブルをそれぞれメモリ内に備えており、ステップ２では、これらのテーブルを参照することで、そのときの冷却水温ＴＷに応じた燃料カット許可回転速度ＮＥｆｃと燃料カット許可車速Ｖｆｃとを設定する。図４の燃料カット許可車速Ｖｆｃの特性に関しては、さらに後述する。

ステップ３の判定がＹＥＳであれば、ステップ４に進み、燃料カットまでのトルクの滑らかな低下に必要なディレイ時間Ｔｄｌを設定する。アクセルに連動してスロットルバルブ８はアイドル回転を維持可能な程度のバルブ開度まで閉じられる。スロットルバルブ８の閉時にコレクタ部７ａに存在する空気の応答遅れにより、エンジン気筒内に入る空気量は遅れて低減する。ディレイ時間Ｔｄｌは、当該遅れを考慮して設定している。即ち、ディレイ時間経過後にスロットルバルブ８のアイドル回転を維持するバルブ開度に応じたエンジントルクとなる。このディレイ時間Ｔｄｌは、アクセル開度ＡＰＯが０となった時点（厳密にはその直前）における、機関回転速度ＮＥ、機関負荷、車速Ｖ、無段変速機の変速比、および変速機作動油温度、に基づいて算出される。換言すれば、アクセル開度ＡＰＯが０となる直前に内燃機関１が車両に与えていた出力、車両の走行抵抗、無段変速機を含めた駆動系の内部抵抗、等を考慮した形で最適なディレイ時間Ｔｄｌが設定される。因みに、ディレイ時間Ｔｄｌは、５００ｍｓ〜１秒程度の大きさのものである。

ステップ５では、ステップ１でアクセルＯＦＦへの変化を検出してからの経過時間Ｔｏｆｆがディレイ時間Ｔｄｌ以上となったか否かを判定する。ここでＮＯであればステップ６へ進み、ディレイ時間Ｔｄｌの間、トルク低下を補助するように点火時期を所定の特性に従って徐々に遅角させるディレイ時点火時期遅角制御と、を実行する。そして、ステップ５に戻ってディレイ時間Ｔｄｌ以上となったか繰り返し判定する。

つまり、アクセルＯＦＦに伴いスロットルバルブが絞られ、空気量が遅れを持って低下する。さらにアクセルＯＦＦからの経過時間Ｔｏｆｆがディレイ時間Ｔｄｌの値に達するまで、経過時間Ｔｏｆｆに応じて点火時期が制御され、点火時期が徐々に遅角する。ここで、ディレイ時点火時期遅角制御の特性は、後述するように、冷却水温ＴＷに対応した形となる。また、燃料噴射としては、空気量に対応した量の燃料噴射が行われ、従って、ディレイ時間Ｔｄｌの間は、内燃機関１の燃焼運転が維持される。

ステップ５で経過時間Ｔｏｆｆがディレイ時間Ｔｄｌに達したと判定したら、ステップ７へ進み、燃料噴射の停止つまり燃料カットを実行する。

なお、燃料カット後は、図外のルーチンによって所定の燃料カットリカバー条件が成立したか否かが繰り返し判定され、燃料カットリカバー条件が成立したときに、燃料噴射が再開される。

図６は、アクセルＯＦＦに伴う（ａ）機関トルクと（ｂ）空気量と（ｃ）点火時期との各々の変化を、暖機完了後と未暖機時とで対比して示したタイムチャートである。それぞれ破線が暖機完了後（例えば冷却水温ＴＷが７０℃）の特性、実線が未暖機状態（例えば冷却水温ＴＷが３０℃）の特性、を示している。

アクセルＯＦＦとなってから燃料カット実行までのディレイ時間Ｔｄｌの間は、上述したように、スロットルバルブ８がアイドル回転を維持できる程度まで閉じられる。結果、この開度に応じた空気量に向けて、空気量が徐々に低下していく。アクセルＯＦＦ時のスロットルバルブ８の開度は、暖機中はエンジン回転数が１２００ｒｐｍ程度となるように設定され、暖機完了後は８５０ｒｐｍ程度となるように設定されている。このため、暖機完了後は破線ｂ１のように空気量の低下が変化し、未暖機中の空気量の変化を示す破線ｂ２に対して早く低下する。

図５は、冷却水温ＴＷに対するアクセルＯＦＦ時の目標空気量の一例を示している。図５に示すように、一例では、冷却水温ＴＷが６０℃以上であれば、暖機完了後とみなして、燃料カット時の目標空気量が比較的低い空気量（スロットルバルブ８全閉時のいわゆるアイドル相当の空気量）であり、冷却水温ＴＷが５０℃未満であれば、未暖機状態とみなして、燃料カット時の目標空気量が相対的に多いもの（スロットルバルブ８を僅かに開いたいわゆるファストアイドル相当の空気量）となる。具体的には、冷却水温が２０℃のとき、エンジン回転数が１２００ｒｐｍ程度となる目標空気量とし、冷却水温が６０℃以上のとき、エンジン回転数が８５０ｒｐｍ程度となる目標空気量としている。

ディレイ時点火時期遅角制御は、アクセルＯＦＦによるトルク低下の応答性を早くするため（空気量低下に伴うトルク低減が遅いため）、ディレイ時間中に点火時期を遅角させる。ディレイ時間Ｔｄｌの間に、点火時期は、トルク低下のために遅角補正されるが、未暖機時には、運転性悪化などの観点から定まる遅角限界が進角側となるため、実線ｃ１で示すように、暖機完了後（破線ｃ２）に比較して、点火時期は相対的に進角側となる。なお、図６では、冷却水温ＴＷに応じて空気量が異なっているが、同一の空気量・機関回転数で比較したときに、未暖機時の点火時期は暖機完了後の点火時期よりも相対的に進角側に制御される。

このようにディレイ時間Ｔｄｌの間の空気量および点火時期が冷却水温ＴＷに応じて異なる特性で制御される結果、内燃機関１の燃焼により生じるトルクは、暖機完了後であれば破線ａ１のように推移するのに対し、未暖機時には実線ａ２のように相対的に高い値でもって推移する。いずれの場合も、ディレイ時間Ｔｄｌが経過して燃料カットが実行されると、内燃機関１の燃焼によるトルクは０まで低下するので、未暖機状態での燃料カット実行に伴うトルク段差は、暖機完了後の燃料カット実行に伴うトルク段差よりも大きなものとなる。なお、冷却水温ＴＷに基づくトルクの差としては、冷却水温ＴＷに基づく空気量の差異が支配的であり、点火時期の差異によるトルクの差は、比較的に小さい。

また、図６の（ａ）機関トルクの欄に付記したトルク反転基準値Ｒｅｆは、車両が走行している中で機関トルクが低下したときに、内燃機関１から駆動輪側へ伝達するトルクが正から負へ反転するときの内燃機関１の燃焼によるトルクのレベルを模式的に示している。これは、換言すれば、いわゆるエンジンブレーキ作用として内燃機関１がトルクを吸収し始めるときの燃焼トルクのレベルであり、内燃機関１を含む駆動系の摩擦損失等が存在することから、燃焼トルクが０よりも高いあるレベルにおいて、内燃機関１から駆動輪側へ伝達されるトルクが０となり、これよりも燃焼トルクがさらに低下すると、内燃機関１から駆動輪側へ伝達されるトルクは負となる。そして、このような駆動輪側への伝達トルクの正負の反転（換言すれば伝達方向の反転）に伴って、例えば変速機における噛合歯車のバックラッシュ等による機械的なショックが発生する。

ここで、暖機完了後のディレイ時間Ｔｄｌにおけるトルク特性（破線ａ１）であれば、一般に、点Ｓ１で示すように、燃料カット実行前のある時点で駆動輪側への伝達トルクが正から負へ反転する。従って、燃料カット実行に伴うトルク段差によって生じるトルクショックと、駆動輪側への伝達トルクの正負反転に伴う機械的なショックとが、僅かではあるが時間差をもって発生する。

これに対し、未暖機時のディレイ時間Ｔｄｌにおけるトルク特性（実線ａ２）では、上述したように暖機完了後よりも相対的に高いトルクとなることから、ディレイ時間Ｔｄｌ中にトルク反転基準値Ｒｅｆまで低下しないことがある。つまり、駆動輪側への伝達トルクが燃料カット実行時まで正のままであることがある。このような場合には、点Ｓ２で示すように燃料カット実行によりトルク伝達方向が反転することとなるので、燃料カット実行に伴うトルク段差によって生じるトルクショックと、駆動輪側への伝達トルクの正負反転に伴う機械的なショックとが、同時に発生し、より大きなショックとなり得る。

従って、未暖機時における燃料カットは、トルク段差そのものが暖機完了後よりも大きいこと、ならびに、機械的なショックとトルクショックとが同時に発生し得ること、の２つの点において、暖機完了後の燃料カットよりも不利となり、燃料カット実行時に乗員に違和感を与える懸念がある。

このような燃料カット実行時のショックに関して、上記実施例では、燃料カット許可車速Ｖｆｃを未暖機時に相対的に高く設定することで、乗員が体感するショックないし違和感を実質的に軽減している。図４の特性図は、前述したステップ２における燃料カット許可車速Ｖｆｃと冷却水温ＴＷとの関係の一例を示している。この図４の特性は、図５に示した冷却水温ＴＷに対する燃料カット時の目標空気量の特性に概ね対応しており、一例では、暖機完了後とみなしうる冷却水温ＴＷが６０℃以上の領域では、燃料カット許可車速Ｖｆｃが比較的に低い車速、例えば１５ｋｍ／ｈ程度に設定され、未暖機状態とみなしうる冷却水温ＴＷが５０℃未満の領域では、燃料カット許可車速Ｖｆｃが比較的に高い車速、例えば２５ｋｍ／ｈ程度に設定される。この車速は、未暖機時にアクセルＯＦＦした場合、ディレイ時間中に内燃機関１から駆動輪側へ伝達するトルクが正から負へ反転する車速で設定している。

このように燃料カット許可車速Ｖｆｃを冷却水温ＴＷに応じて設定することにより、暖機完了後は比較的低い車速であっても燃料カットが許可されるのに対して、燃料カット実行時のショックが相対的に大となる未暖機状態では、より高い車速域でのみ燃料カットが許可されることとなる。例えば、２０ｋｍ／ｈでの走行中にアクセルＯＦＦとなったときに、冷却水温ＴＷが７０℃（図４の点Ｐ１参照）であれば、燃料カットが許可される。このときは、前述したように、トルク段差は比較的小さく、かつ機械的なショックとトルクショックとが僅かな時間差をもって発生するので、乗員が体感するショックないし違和感は比較的に小さい。一方、２０ｋｍ／ｈでの走行中にアクセルＯＦＦとなったときに、冷却水温ＴＷが３０℃（図４の点Ｐ２参照）であれば、燃料カット許可車速Ｖｆｃよりも低いことから、燃料カットが禁止される。

また、冷却水温ＴＷが３０℃であっても、例えば図４の点Ｐ３で示すように、車速Ｖが例えば４０ｋｍ／ｈであれば、燃料カットが許可される。この場合、燃料カット実行時に前述したようにトルク段差によるトルクショックおよびトルク伝達方向の反転による機械的なショックが発生するが、車両が高い車速Ｖで走行している状態では、比較的大きな走行振動や走行抵抗の変化などによって、燃料カットに伴うトルク段差や機械的なショックがマスキングされ、乗員が体感しにくくなる。また、このようなコースティングでの高速走行時には、一般に無段変速機の変速比が小さく制御されているので、内燃機関１側で生じたトルク段差に対し車両側で乗員が感じるトルク段差はより小さなものとなる。

なお、上記実施例では、車速Ｖの判定がアクセルＯＦＦの時点でなされるが、ディレイ時間Ｔｄｌは比較的短いので、燃料カット実行時までの車速Ｖの低下は比較的小さい。また、図２のステップ３でＹＥＳと判定した後も車速Ｖおよび機関回転速度ＮＥの判定を繰り返し行い、ディレイ時間Ｔｄｌの間に燃料カット許可車速Ｖｆｃおよび燃料カット許可回転速度ＮＥｆｃの条件を逸脱したときに、燃料カットをキャンセルするように構成してもよい。

従って、上記実施例によれば、冷却水温ＴＷが低い未暖機状態であっても、車速Ｖが高いときには、ディレイ時間Ｔｄｌ中に空気量を暖機完了後よりも多く与えつつ燃料カットを許可するので、より広範な条件下で燃料カットが実行されることとなり、未暖機時に一律に燃料カットを禁止する場合に比べて、燃料消費の低減が図れる。そして、未暖機状態の場合は、車速Ｖが低い領域では燃料カットを禁止し、乗員がトルク段差や機械的なショックを体感しにくい高速走行時にのみ燃料カットを許可するので、乗員が感じる違和感を低減できる。

次に、図７のフローチャートに基づいて、減速時の制御の第２実施例を説明する。この第２実施例は、図６に示したように機関温度つまり冷却水温ＴＷに応じて異なる燃料カット実行時（厳密にはその直前）のトルクを冷却水温ＴＷから予測し、この予測トルクが大きいときに相対的に高い車速となるように、燃料カット許可車速Ｖｆｃを予測トルクに応じて設定するようにしたものである。

図７のフローチャートに示す処理は、内燃機関１の運転中に所定の微小時間毎に繰り返し実行されるものであって、ステップ１１において、アクセルＯＮからアクセルＯＦＦへ変化したか否か、つまりアクセル開度ＡＰＯが０以外の状態から０へと変化したか否かを繰り返し判定する。ステップ１２では、そのときの冷却水温ＴＷに基づき、冷却水温ＴＷに対応した燃料カット許可回転速度ＮＥｆｃを設定する。これは、前述した第１実施例と同様に、図３に示す特性の燃料カット許可回転速度テーブルを参照して行う。

ステップ１３では、燃料カットまでのトルクの滑らかな低下に必要なディレイ時間Ｔｄｌを設定する。これは、前述した第１実施例のステップ４と同様である。後述するように燃料カット条件が成立すれば、前述した第１実施例のステップ５，６と同様に、ステップ１９，２０において、ディレイ時間Ｔｄｌの間、ディレイ時点火時期遅角制御が行われる。

ステップ１４では、アクセルＯＦＦ時の冷却水温ＴＷに基づき、ディレイ時間Ｔｄｌ経過後つまり燃料カット実行時（厳密にはその直前）の時点における空気量を予測する。これは図５に示した目標空気量に相当する。

同様に、ステップ１５において、アクセルＯＦＦ時の冷却水温ＴＷに基づき、ディレイ時間Ｔｄｌ経過時点での点火時期を予測する。これも冷却水温ＴＷに応じた目標の点火時期として与えられているものである。

そして、ステップ１６において、予測した空気量と点火時期とからディレイ時間Ｔｄｌ経過時点でのトルクを推定する。このトルクは、図６（ａ）における燃料カット実行時のトルクに相当する。

ステップ１７では、このステップで推定した燃料カット実行時のトルクに基づいて、燃料カット許可車速Ｖｆｃを設定する。図８は、推定トルクに対する燃料カット許可車速Ｖｆｃの特性の一例を示しており、推定トルクが大きいほど燃料カット許可車速Ｖｆｃが高く与えられる。暖機完了後に相当するような比較的に小さな推定トルクに対しては、燃料カット許可車速Ｖｆｃは比較的に低い車速、例えば１５ｋｍ／ｈ程度に設定され、未暖機状態に相当するような比較的に大きな推定トルクに対しては、燃料カット許可車速Ｖｆｃは比較的に高い車速、例えば２５ｋｍ／ｈ程度に設定される。なお、この燃料カット許可車速Ｖｆｃの設定は、やはりエンジンコントローラ１０が備えるメモリ内の燃料カット許可車速テーブルを参照して行われる。

従って、前述した第１実施例と同様に、広範な条件下での燃料カットの許可により燃料消費の低減が図れるとともに、乗員が体感するショックないし違和感の低減が図れる。

以上、この発明の一実施例を詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記実施例では機関温度として冷却水温ＴＷを用いているが、油温など他の温度パラメータを機関温度として用いることも可能である。また、図４や図８では、理解を容易にするために特性を単純化して示してあるが、より複雑な特性となることもあり得ることは当業者には自明である。

Claims (3)

1. 走行中にアクセル開度が０となったときに、車速が燃料カット許可車速よりも高いことを一つの条件として燃料カットを実行する車両用内燃機関の制御装置であって、
   上記燃料カット許可車速は、暖機完了後に比較して機関温度が低いときに相対的に高い車速となるように設定される、車両用内燃機関の制御装置。
2. アクセル開度が０となったときにアイドル回転を維持可能な空気量を供給する開度にスロットルを設定するスロットル開度制御手段を備え、
   該スロットル開度制御手段は、暖機完了後に比較して機関温度が低いときに相対的に大きいスロットル開度に設定する、請求項１に記載の車両用内燃機関の制御装置。
3. アクセル開度が０となった後、燃料カットを実行する前にトルクが低下するように点火時期を遅角させる点火時期遅角制御をさらに実行し、
   この点火時期遅角制御では、暖機完了後に比較して機関温度が低いときに相対的に進角側となるように機関温度に応じた特性でもって点火時期が遅角される、請求項１または２に記載の車両用内燃機関の制御装置。

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