JP6830384B2

JP6830384B2 - エンジン制御装置

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Publication number: JP6830384B2
Application number: JP2017058806A
Authority: JP
Inventors: 浩二川口
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2017-03-24
Filing date: 2017-03-24
Publication date: 2021-02-17
Anticipated expiration: 2037-03-24
Also published as: JP2018162679A

Description

本発明は、車両に搭載されるエンジンを制御するエンジン制御装置に関し、特に減速時の燃料消費を抑制しつつ排ガス浄化性能を向上したものに関する。

乗用車等の自動車に搭載されるエンジンにおいては、燃費の改善を目的として、アクセルオフ状態での車両のコースティング（惰行）時やブレーキング時等において、燃料噴射を一時的に中止する燃料カット制御を行っている。
自動車用エンジンの燃料カットに関する従来技術として、例えば特許文献１には、電子スロットルシステムを有する内燃機関用の制御装置において、スロットル異常時における退避走行性能を確保するため、目標スロットル開度に応じて燃料カットを行う気筒数（減筒数）を変更して出力調節を行うとともに、ブレーキスイッチのオン動作に応じて減筒数を所定値に規制することが記載されている。
特許文献２には、スロットル弁の開固着があった場合であっても運転者の減速要求に対応できるようにするため、エンジン回転数の所定回転数に対する偏差に応じて燃料カットを行う気筒数を設定することが記載されている。
特許文献３には、スロットルバルブの開故障が発生しても安定な退避走行を可能とするため、退避走行時のアクセル開度に応じて燃料噴射を休止する気筒数を変更することが記載されている。

特開２０００−３２０３８０号公報特開平１１−１４８４０７号公報特開平１１−１６６４３９号公報

一般に、ガソリンエンジンにおいては、セラミクス系の担体に白金、ロジウム、パラジウム等の貴金属を担持させた三元触媒によって、排ガス中のＣＯ、ＮＯｘ、ＨＣの浄化を行っている。
このような三元触媒は、燃料カット制御の実行によって通過する空気量が多くなり、内部が酸素過剰状態（酸化雰囲気）になると、ＮＯｘの浄化性能が低下してしまう。
燃料カットが終了して燃料噴射が再開されると、三元触媒中の酸素量は徐々に低下して触媒は中立化されるものの、噴射再開直後における排ガス浄化性能を向上するためには、触媒の中立化に要する時間を短縮することが要望されている。
上述した課題に鑑み、本発明の課題は、減速時の燃料消費を抑制しつつ排ガス浄化性能を向上したエンジン制御装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１に係る発明は、複数の気筒にそれぞれ設けられ燃焼室内又は吸気ポート内に噴射信号に応じて燃料を噴射する複数のインジェクタを有するエンジンを制御するエンジン制御装置であって、前記インジェクタに前記噴射信号を与えて燃料噴射を行わせる燃料噴射制御部と、少なくとも一つの気筒において前記インジェクタの燃料噴射を中止させる燃料カット制御が実行される燃料カット条件の充足を判別する燃料カット条件判別部と、前記エンジンが搭載される車両の減速度を検出する減速度検出部とを備え、前記燃料噴射制御部は、前記燃料カット条件判別部が前記燃料カット条件の充足を判別した場合に前記燃料カット制御を実行するとともに、前記減速度の増加に応じて前記燃料噴射が中止される気筒数を増加させ、前記エンジンの出力軸回転速度を検出する出力軸速度センサを備え、前記燃料噴射制御部は、前記燃料カット制御の実行中に前記出力軸回転速度に所定以上の変動が生じている場合には、前記燃料噴射が中止される気筒数を減少させることを特徴とするエンジン制御装置である。
これによれば、比較的減速度が小さい緩減速の場合には、燃料カットを実行する気筒数を少なくし、一部の気筒において燃料噴射を継続することによって、触媒への酸素供給量を低減し、触媒層内が酸化雰囲気となることを抑制して燃料カット終了時に触媒の中立化に要する時間を短縮し、再加速時（燃料噴射再開時）における排ガス浄化性能を向上することができる。
また、この場合であっても一部の気筒において燃料カットを行うことによって、燃料消費の抑制効果も得ることができる。
一方、比較的減速度が大きい急減速の場合には、燃料カットを実行する気筒数を多くし、エンジンの出力を低下させてドライバビリティ（運転のしやすさ）を向上することができる。

また、一部気筒の燃料カットに起因して出力軸の回転速度変動が悪化した場合に、燃料カットを行う気筒を減少させることによって回転速度変動を抑制し、車体振動等の発生を防止することができる。

以上説明したように、本発明によれば、減速時の燃料消費を抑制しつつ再加速時の排ガス浄化性能を向上したエンジン制御装置を提供することができる。

本発明を適用したエンジン制御装置の実施形態の構成を示すブロック図である。実施形態のエンジン制御装置における燃料カット時の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明を適用したエンジン制御装置の実施形態について説明する。
実施形態のエンジン制御装置は、例えば自動車用のガソリンエンジンに設けられ、エンジン及びその補器類を統括的に制御するものである。

図１は、実施形態のエンジン制御装置の構成を模式的に示すブロック図である。
エンジン１は、例えば乗用車等の自動車に走行用動力源として搭載される４ストローク水平対向４気筒の直噴（筒内噴射）ガソリンエンジンである。
エンジン１の出力は、例えばバリエータ、トルクコンバータ等を有する図示しない無段変速機（ＣＶＴ）等の変速機、及び、ＡＷＤトランスファ、プロペラシャフト、最終減速装置、ディファレンシャル、ドライブシャフト等を有する図示しない駆動力伝達機構を介して、車両の駆動輪に伝達される。

エンジン１は、その出力軸である図示しないクランクシャフトの前端部側（変速機と反対側・縦置き搭載時における前側）から、順次配列された第１気筒１０、第２気筒２０、第３気筒３０、第４気筒４０を有する。
エンジン１は、例えば、クランクシャフトが車両の前後方向にほぼ沿って縦置き配置される。
第１気筒１０、第３気筒３０は、車幅方向右側に配置された右バンク、第２気筒２０、第４気筒４０は、車幅方向左側に配置された左バンクに設けられている。

第１気筒１０と第２気筒２０、第３気筒３０と第４気筒４０は、各気筒のクランクピンのオフセット量だけずらした状態で、実質的にクランクシャフトを挟んで対向して配置されている。
エンジン１における点火順序（爆発順序）は、第１気筒１０、第３気筒３０、第２気筒２０、第４気筒４０の順に設定され、クランク角において１８０°毎に実質的に等間隔で点火（爆発）するようになっている。

第１気筒１０、第２気筒２０、第３気筒３０、第４気筒４０は、それぞれシリンダ、ピストン、燃焼室、吸排気ポート、吸排気バルブ、動弁駆動機構などの他、インジェクタ１１，２１，３１，４１、点火栓１２，２２，３２，４２等を有する。
インジェクタ１１，２１，３１，４１は、各気筒の燃焼室内に、直接霧化されたガソリンを噴射する噴射装置である。
インジェクタ１１，２１，３１，４１の燃料噴射量及び燃料噴射時期は、エンジン１の運転状態に応じてＥＣＵ１００によって制御されている。
インジェクタ１１，２１，３１，４１は、図示しない燃料ポンプによって加圧された燃料が導入され蓄圧されるとともに、ＥＣＵ１００から与えられる噴射信号に応じて開弁し、燃料を噴射する。

点火栓１２，２２，３２，４２は、各気筒内で形成された混合気に、電気的なスパークによって着火させるものである。
点火栓１２，２２，３２，４２の点火時期は、ＥＣＵ１００によって制御されている。

また、エンジン１は、吸気装置５０、排気装置６０、さらに図示しないバルブタイミング可変装置、冷却装置、潤滑装置、ＥＧＲ装置等を有する。
吸気装置５０は、各気筒に燃焼用空気を導入するものである。
吸気装置５０は、外気（大気）を燃焼用空気として導入する図示しないインテークダクト、ダスト等の異物を濾過する図示しないエアクリーナ、エンジン１の出力調整のため空気流量を制御するスロットルバルブ５１、スロットルバルブ５１を通過した空気を各気筒の吸気ポートに導入するインテークマニホールド５２等を有する。
スロットルバルブ５１は、電動アクチュエータによって開閉されるバタフライバルブ（スロットルバルブ）を有する電動スロットルであり、ドライバのアクセル操作に応じて設定される要求トルクに応じてＥＣＵ１００によって開度を制御される。

排気装置６０は、各気筒１０，２０，３０，４０の燃焼室から、排気ポートを経由して排出される排ガス（既燃ガス）を排出するものである。
排気装置６０は、エキゾーストマニホールド６１、エキゾーストパイプ６２、触媒コンバータ６３、サイレンサ６４、空燃比センサ６５、リアＯ_２センサ６６等を有して構成されている。

エキゾーストマニホールド６１は、各気筒１０，２０，３０，４０の排気ポートから出た排ガスを集合させる集合管である。
エキゾーストパイプ６２は、エキゾーストマニホールド６１において集合した排ガスを外部へ排出する管路である。

触媒コンバータ６３は、エキゾーストパイプ６２の中間部に設けられた排ガス後処理装置である。
触媒コンバータ６３は、例えばアルミナ等の担体に白金、ロジウム、パラジウム等の貴金属を担持させた三元触媒である。
触媒コンバータ６３は、エンジン１の空燃比がストイキ近傍となる所定の活性領域において、排ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_Ｘを低減する機能を有する。

サイレンサ６４は、エキゾーストパイプ６２における触媒コンバータ６３の下流側（出口側）に設けられ、音響エネルギを低減させる消音器である。

空燃比センサ６５は、触媒コンバータ６３の入口近傍に設けられ、エンジン１における空燃比に応じて異なった出力電圧を発生するものである。
ＥＣＵ１００は、空燃比センサ６５の出力に応じて、エンジン１における空燃比が三元触媒の活性範囲内となるように燃料噴射量を設定する空燃比フィードバック制御を行う。

リアＯ_２センサ６６は、触媒コンバータ６３の出口近傍に設けられ、排ガス中のＯ_２濃度に応じて異なった出力電圧を発生するものである。
リアＯ_２センサ６６の出力はＥＣＵ１００に伝達される。

エンジン１は、さらに、クランク角センサ７０、水温センサ８０等を有する。
クランク角センサ７０は、エンジン１の出力軸である図示しないクランクシャフトの角度位置を検出するものである。
クランク角センサ７０は、センサプレート７１、ポジションセンサ７２等を有して構成されている。
センサプレート７１は、クランクシャフトの前端部に固定された円盤状の部材であって、外周縁部には所定の角度間隔で複数のベーン（歯）が放射状に突き出して形成されたスプロケット状の形状となっている。
ポジションセンサ７２は、センサプレート７１の外周縁部に対向して配置された磁気ピックアップであり、マグネット、コア、コイル、ターミナル等を有する。
ポジションセンサ７２は、直前をセンサプレート７１のベーンが通過した際に、所定のパルス信号を出力するようになっている。
ＥＣＵ１００は、クランク角センサ７０の出力に基づいて、エンジン１の回転数（クランクシャフト回転速度）を演算可能となっている。

水温センサ８０は、シリンダヘッド及びシリンダに形成された冷却水流路であるウォータージャケット内を流れる冷却水（クーラント）の温度を検出するものである。
クランク角センサ７０、水温センサ８０の出力は、ＥＣＵ１００に伝達される。

エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）１００は、エンジン１及びその補器類を統括的に制御するものである。
ＥＣＵ１００は、例えば、ＣＰＵ等の情報処理装置、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶装置、入出力インターフェイス及びこれらを接続するバス等を有して構成されている。
ＥＣＵ１００は、例えばドライバのアクセル操作等に基づいて設定される要求トルクに応じて、実際のトルクが要求トルクと実質的に一致するよう図示しないスロットルバルブの開度、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、バルブタイミング等を制御する。

ＥＣＵ１００は、本発明にいうエンジン制御装置の主要部を構成し、燃料噴射制御部としての機能も有する。
ＥＣＵ１００は、気筒毎に燃料噴射の有無、噴射量、噴射時期等を個別に制御可能な各気筒独立燃料噴射システムを構成する。
ＥＣＵ１００には、ドライバによるアクセルペダルの操作量（踏込ストローク）を検出するアクセルペダルセンサ１１０の出力値が伝達され、ＥＣＵ１００はこの出力値に基づいて要求トルクを設定する。

また、ＥＣＵ１００には、車速センサ１２０、前後Ｇセンサ１３０、ブレーキスイッチ１４０が、直接あるいは他のユニットや車載ＬＡＮシステム等を介して間接的に接続され、その出力値を取得可能となっている。

車速センサ１２０は、車両の車輪の回転速度を検出するものである。
車速センサ１２０は、例えば、車輪ハブ部に設けられ、車輪の回転速度に実質的に比例した周波数の車速パルス信号を発生するものである。
ＥＣＵ１００は、取得した車速パルス信号に基づいて、車両の走行速度（車速）を演算可能となっている。

前後Ｇセンサ１３０は、例えばＭＥＭＳ技術により構成された加速度ピックアップを備え、車体の前後方向に作用する加速度を検出するものである。

ブレーキスイッチ１４０は、ドライバによるブレーキペダル操作に応じてオンされるスイッチである。
ブレーキスイッチ１４０は、前後Ｇセンサ１３０と協働して本発明にいう減速度検出部として機能する。

ＥＣＵ１００は、主として車両の燃費を向上する目的で、予め設定された燃料カット条件が成立した際に、インジェクタ１１，２１，３１，４１からの燃料噴射を停止する燃料カットを実行する。
燃料カット条件として、例えば、車速及びエンジン回転数がそれぞれ所定の閾値以上であり、ドライバ要求トルクが実質的に０（アクセルオフ）であること等があげられる。
ＥＣＵ１００は、本発明にいう燃料カット条件判別部としても機能する。

本実施形態においては、燃料カットの実行時に、触媒コンバータ６３への酸素供給を抑制するため、減速度に応じて燃料カットを実行する気筒数（燃料噴射を中止する気筒数）を変更する制御を行っている。
図２は、実施形態のエンジン制御装置における燃料カット時の動作を示すフローチャートである。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。

＜ステップＳ０１：燃料カット条件充足判断＞
ＥＣＵ１００は、エンジン１の現在の運転状態が、予め設定された燃料カット条件を充足するか否かを判別する。
燃料カット条件として、例えば、アクセルペダルセンサ１１０の出力に基づいて設定されるドライバ要求トルクが所定値以下（例えば実質的に０）であり、車速、エンジン回転数が所定の範囲内であること等がある。
燃料カット条件が充足した場合はステップＳ０２に進み、充足しない場合は一連の処理を終了（リターン）し、通常の燃料噴射制御を継続する。

＜ステップＳ０２：ブレーキスイッチオンオフ判断＞
ＥＣＵ１００は、ブレーキスイッチ１４０がオンであるかオフであるかを判別する。
ブレーキスイッチ１４０がオンである場合はステップＳ０３に進み、オフである場合はステップＳ０５に進む。

＜ステップＳ０３：減速度判断（１）＞
ＥＣＵ１００は、前後Ｇセンサ１３０が検出する車体の減速度を、予め設定された閾値Ｔ１と比較する。
減速度が閾値Ｔ１以上である場合はステップＳ０４に進み、閾値Ｔ１未満である場合はステップＳ０６に進む。

＜ステップＳ０４：減速度判断（２）＞
ＥＣＵ１００は、前後Ｇセンサ１３０が検出する車体の減速度を、予め設定された閾値Ｔ２（Ｔ２＞Ｔ１）と比較する。
減速度が閾値Ｔ２以上である場合はステップＳ０８に進み、閾値Ｔ２未満である場合はステップＳ０７に進む。

＜ステップＳ０５：１気筒燃料カット実行＞
ＥＣＵ１００は、１つの気筒において燃料カットを実行（燃料噴射を中止）し、その他３つの気筒においては燃料噴射を続行する。
その後、ステップＳ０９に進む。

＜ステップＳ０６：２気筒燃料カット実行＞
ＥＣＵ１００は、２つの気筒において燃料カットを実行し、その他２つの気筒においては燃料噴射を続行する。
その後、ステップＳ０９に進む。

＜ステップＳ０７：３気筒燃料カット実行＞
ＥＣＵ１００は、３つの気筒において燃料カットを実行し、残り１つの気筒においては燃料噴射を続行する。
その後、ステップＳ０９に進む。

＜ステップＳ０８：４気筒燃料カット実行＞
ＥＣＵ１００は、４つの気筒全てにおいて燃料カットを実行する。
その後、ステップＳ０９に進む。

＜ステップＳ０９：エンジン回転変動判断＞
ＥＣＵ１００は、クランク角センサ７０の出力に基づいて、燃料カット制御の実行に起因するクランクシャフトの回転変動を検出する。
例えば、予め設定した閾値以上の振幅を有する周期的な回転速度変動（振動）が発生している場合は、ステップＳ１０に進み、その他の場合は一連の処理を終了（リターン）する。

＜ステップＳ１０：燃料カット気筒減少＞
ＥＣＵ１００は、燃料カットを実行している気筒の少なくとも１つで燃料噴射を再開し、燃料カットが実行されている気筒数を減少させ、クランクシャフトの回転速度変動の抑制を図る。
その後、一連の処理を終了（リターン）する。

なお、上述した処理において、複数気筒において燃料カット（燃料噴射の中止）を行う場合には、燃料カットを行う全ての気筒において同時に燃料カットを開始してもよいが、エンジン１の出力トルクの急変を抑制するため、気筒毎に燃料カットを開始するタイミングをずらす（ディレイを設ける）ようにしてもよい。
また、燃料カット条件が非充足となって通常の燃料噴射制御に復帰する場合にも、気筒毎に燃料カットを終了するタイミング（燃料噴射を再開するタイミング）をずらすようにしてもよい。

以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）ブレーキスイッチ１４０のオンオフ及び前後Ｇセンサ１３０の出力に基づいて車体の減速度を検出し、緩減速の場合には燃料カットを実行する気筒数を少なくし、一部の気筒において燃料噴射を継続することによって、触媒コンバータ６３への酸素供給量を低減し、触媒層内が酸化雰囲気となることを抑制して燃料カット終了時に触媒の中立化に要する時間を短縮し、再加速時における排ガス浄化性能を向上することができる。
また、一部の気筒において燃料カットを行うことによって、燃料消費の抑制効果も得ることができる。
一方、急減速の場合には燃料カットを実行する気筒数を多くし、ドライバビリティを向上することができる。
（２）一部気筒の燃料カットに起因してクランクシャフトの回転速度変動が悪化した場合に、燃料カットを行う気筒を減少させることによって回転速度変動を抑制し、車体振動の発生を防止することができる。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）エンジン制御装置及び制御の対象となるエンジンの構成は、上述した実施形態の構成に限定されることなく適宜変更することができる。
例えば、実施形態において、エンジンは直噴（筒内噴射）の水平対向４気筒ガソリンエンジンであったが、シリンダレイアウト、気筒数は適宜変更することが可能である。
また、本発明はポート噴射あるいはポート噴射と直噴とを併用するエンジンにも適用することが可能である。
（２）実施形態においては、減速度を前後Ｇセンサを用いて検出しているが、これに限らず他の手法によって検出してもよい。
例えば、ブレーキ装置におけるブレーキペダルの踏力、ストロークや、ホイルシリンダ液圧に基づいて減速度を検出してもよい。
また、車速を微分することによって減速度を演算してもよい。

１エンジン１０第１気筒
１１インジェクタ１２点火栓
２０第２気筒２１インジェクタ
２２点火栓３０第３気筒
３１インジェクタ３２点火栓
４０第４気筒４１インジェクタ
４２点火栓５０吸気装置
５１スロットルバルブ５２インテークマニホールド
６０排気装置６１エキゾーストマニホールド
６２エキゾーストパイプ６３触媒コンバータ
６４サイレンサ６５空燃比センサ
６６リアＯ_２センサ
７０クランク角センサ７１センサプレート
７２ポジションセンサ８０水温センサ
１００エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）
１１０アクセルペダルセンサ１２０車速センサ
１３０前後Ｇセンサ１４０ブレーキスイッチ

Claims

複数の気筒にそれぞれ設けられ燃焼室内又は吸気ポート内に噴射信号に応じて燃料を噴射する複数のインジェクタを有するエンジンを制御するエンジン制御装置であって、
前記インジェクタに前記噴射信号を与えて燃料噴射を行わせる燃料噴射制御部と、
少なくとも一つの気筒において前記インジェクタの燃料噴射を中止させる燃料カット制御が実行される燃料カット条件の充足を判別する燃料カット条件判別部と、
前記エンジンが搭載される車両の減速度を検出する減速度検出部とを備え、
前記燃料噴射制御部は、前記燃料カット条件判別部が前記燃料カット条件の充足を判別した場合に前記燃料カット制御を実行するとともに、前記減速度の増加に応じて前記燃料噴射が中止される気筒数を増加させ、
前記エンジンの出力軸回転速度を検出する出力軸速度センサを備え、
前記燃料噴射制御部は、前記燃料カット制御の実行中に前記出力軸回転速度に所定以上の変動が生じている場合には、前記燃料噴射が中止される気筒数を減少させること
を特徴とするエンジン制御装置。