JP7096852B2

JP7096852B2 - エンジン制御装置

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Publication number: JP7096852B2
Application number: JP2020029683A
Authority: JP
Inventors: 志信落合
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2020-02-25
Filing date: 2020-02-25
Publication date: 2022-07-06
Anticipated expiration: 2040-02-25
Also published as: US11486323B2; US20210262409A1; JP2021134686A; CN113374591B; CN113374591A

Description

本発明は、エンジン制御装置に関する。

エンジン制御装置は、運転者の車両に対する要求を実現できるように、エンジンの出力の目標値を演算し、エンジンの出力が目標値となるように、スロットル弁や、吸入空気量、点火時期等を制御するよう構成されている。

また、エンジン制御装置は、制御演算の異常等により、許容出力に対して、エンジンの出力が過大となり（異常トルク）、車両の意図せぬ加速が生じることを防止するため、監視手段（トルクモニタ）を備えている。トルクモニタは、異常トルクを検出し、エンジンの出力の制限等を行って、エンジンを異常状態から、安全状態に移行させるシステムである。特許文献１は、エンジントルクが目標トルクよりも過剰な状態であるか判定して適切に対処する技術を開示している。

特開２００９－０９７３４７号公報

一方、トルクモニタは、エンジンの回転数が閾値以上に到達した場合に、監視が開始されるよう構成されており、閾値としては、誤検出防止のため、エンジンの暖機完了前における高いアイドル回転数以上のエンジン回転数が採用されている。しかしながら、暖機完了後には、アイドル回転数が低くなるため、閾値を高いエンジン回転数に設定されたままにしていると、監視開始まで多くの時間を要することになる。

本発明の目的は、エンジンの出力の監視を開始するまでの時間を短縮できるエンジン制御装置を提供することにある。

本発明によれば、
エンジン制御装置であって、
エンジンの回転数が閾値以上と判定されたときにエンジンの出力の監視を開始する監視手段と、
前記監視手段の結果に基づき前記エンジンを制御する制御手段と、を有し、
前記監視手段は、
前記エンジンの出力超過を判定する出力判定手段と、
前記閾値を、エンジンの暖機状態に応じて変更する変更手段と、を有し、
前記閾値はエンジンアイドル回転数である、
ことを特徴とするエンジン制御装置。

本発明によれば、エンジンの出力の監視を開始するまでの時間を短縮できる。

一実施形態に係るエンジン制御装置の構成を示す機能ブロック図。一実施形態に係るモニタ開始の閾値の変化例を示す図。一実施形態に係るモニタ開始の閾値設定処理のフローチャート。一実施形態に係る出力制限処理のフローチャート。閾値が固定されていた場合のトルクモニタ部におけるモニタの開始を説明する図。一実施形態に係る閾値が変更されていた場合のトルクモニタ部におけるモニタの開始を説明する図。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴のうち二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一若しくは同様の構成には同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

＜一実施形態に係るエンジン制御装置＞
エンジン制御装置（ＥＣＵ）は、処理部と、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶部と、外部デバイスと処理部との信号の送受信を中継するインタフェース部と、を含んでいる。処理部は、ＣＰＵに代表されるプロセッサであり、記憶部に記憶されたプログラムを実行し、エンジンの駆動を制御する。記憶部には、処理部が実行するプログラムの他、各種のデータが格納される。インタフェース部には、各種のセンサの検知結果が信号処理回路を介して提供され、処理部は提供された検知結果に基づいて駆動回路を介して気筒毎の燃料噴射弁および点火装置を制御する。また、エンジン制御装置は、エンジンシステムを含むハイブリッドシステムへも適用され得る

図１は、一実施形態に係るエンジン制御装置の構成を示す機能ブロック図である。エンジン制御装置１００は、運転者のアクセルペダルの操作量を検出するアクセルペダルセンサ２０１、補器類（エアコン、冷却ファン等）の負荷量を検出する補器類センサ（スイッチ）２０２、エンジン冷却水温を検出する冷却水温センサ２０３、およびエンジンの回転数を検出するエンジン回転数センサ２０４等のセンサに接続されている。

また、エンジン制御装置１００は、図示していないが、スロットル弁３０２の開度を検出するスロットル弁開度センサ、エンジンの吸入空気量流量を検出する吸入空気量センサ、吸気温を検出する吸気温センサ、吸気圧を検出する吸気圧センサ、空燃比を検出する空燃比センサ等にも接続されている。

エンジン制御装置１００は、エンジンを制御する出力制御部１０と、エンジンの出力を監視するトルクモニタ部２０と、を含む。エンジン制御装置１００は、出力制御部１０において、センサ等からの検出結果に基づき算出されたエンジンの出力の目標トルク値をトルク実現部３０１に提供し、トルク実現部３０１を介して、スロットル弁３０２、燃料噴射弁３０３、および点火装置３０４により、目標トルク値となるよう出力を制御する。一方、エンジン制御装置１００は、センサ等からの検出結果に基づきトルクモニタ部２０でエンジンの出力超過を検出し、その結果に基づき、スロットル弁３０２の開度を調節し、エンジンの出力トルクを下げるよう制御する。

（出力制御部）
出力制御部１０は、運転者の要求するトルクを算出する要求軸トルク算出部１１と、補器類の負荷量に応じたトルクを算出する補器負荷トルク算出部１２と、エンジンのフリクショントルクを算出するフリクショントルク算出部１３と、エンジンの出力トルクの目標値を算出する目標トルク算出部１４と、を備えている。

要求軸トルク算出部１１は、アクセルペダルセンサ２０１によって検出された運転者のアクセルペダルの操作量、およびエンジン回転数センサ２０４によって検出されたエンジン回転数等に基づき、運転者の要求するトルクを算出する。補器負荷トルク算出部１２は、補器類センサ２０２によって検出された補器類の負荷量に基づき、補器類の負荷量に応じたトルクを算出する。フリクショントルク算出部１３は、冷却水温センサ２０３によって検出された水温等に基づき、エンジンのフリクショントルクを算出する。

目標トルク算出部１４は、要求軸トルク算出部、補器負荷トルク算出部、およびフリクショントルク算出部で算出されたトルクに基づき、エンジンの出力トルクの目標値を算出する。目標トルク算出部１４で算出されたエンジンの出力トルクの目標トルク値の信号は、トルク実現部３０１に提供され、エンジンの出力トルクが目標トルクと一致するように、スロットル弁３０２の開度、および点火装置３０４が制御されるとともに、燃料噴射弁３０３による燃料噴射時間が制御される。

（トルクモニタ部）
トルクモニタ部２０は、許容軸トルク算出部２１と、推定軸トルク算出部２２と、リミット２４と、モニタ決定部２３と、異常トルク検出部２５と、を備え、エンジンの回転数が閾値以上のとき、エンジンの出力を監視している。

許容軸トルク算出部２１は、エンジンで許容される軸トルクを算出する制御回路を備えている。エンジンで許容される軸トルクは、上述の運転者のアクセルペダルの操作量、およびエンジン回転数等から算出される要求軸トルク値に、所定のトルク値を加算して許容トルクを算出することができる。加算される所定のトルク値は、エンジンの軸トルクに対してエンジンが許容できるトルク分であって、異常トルクと検出される分のトルク値であり、エンジン等に応じた値が設定される。

推定軸トルク算出部２２は、吸入空気量センサによって検出されたエンジンの吸入空気量、フリクショントルク値、および点火時期等のエンジン情報３０５に基づき、推定軸トルクを算出する。推定軸トルクは、吸入空気量、および点火時期から推定されたエンジンの出力トルクから、フリクショントルク値を減算して算出されることができる。また、フリクショントルク値は、リミット２４を介して提供され得る。

モニタ決定部２３は、エンジン回転数センサ２０４によって検出されたエンジン回転数が、閾値以上のとき、トルクのモニタを開始する信号を異常トルク検出部２５に提供する。閾値は、エンジンの故障の有無によって変化するもの加味して設定することもできる。

本発明の実施形態に係る閾値は、エンジンの暖機状態に応じて変更される。これにより、エンジン冷気時と暖機時のトルクモニタの開始のタイミングが適切となり、エンジンの出力の監視を開始するまでの時間を短縮できる。

暖機状態とは、エンジンの運転時においてエンジンの温度として代用され、冷却水温センサ２０３で検出される冷却水温が所定の温度（例えば９０℃）に上昇するまでの状態である。一実施形態において、暖機状態は、エンジン始動初期の冷間状態と、エンジンの暖機が完了した暖機完了状態と、冷間状態と暖機完了状態の間の半暖機状態と、に区別され得る。なお、暖機完了状態には、暖機完了後の状態（冷却水温が例えば９０℃以上となっている状態）も含むものとする。

エンジン始動初期の冷間状態とは、冷却水温が例えば４０℃未満である状態のことである。エンジンの暖機が完了した暖機完了状態とは、冷却水温が例えば９０℃（エンジンの暖機完了を示す温度）以上となった状態のことである。また、エンジンの半暖機状態とは、例えば４０℃以上で９０℃未満となった状態のことである。

モニタ決定部２３は、冷却水温センサ２０３で検出される冷却水温だけでなく、冷却水温と相関のあるフリクショントルク算出部１３で検出されるフリクショントルク値やエンジン始動時間等に基づいて、暖機状態を検出することができる。フリクショントルクは、機能安全規格（ＡＳＩＬ）において、機能安全の要件化されているため、一実施形態において、モニタ決定部２３は、暖機状態をフリクショントルク値に基づいて検出する。

リミット２４は、フリクショントルク算出部１３で算出されたフリクショントルク値を取得し、所定の値以下のフリクショントルク値を推定軸トルク算出部２２に提供する。リミット２４は、取得したフリクショントルク値が予め定められた上限値より過大である場合、フリクショントルク算出部１３で算出されたフリクショントルク値が異常であるとして、算出されたフリクショントルク値でなく上限値をフリクショントルク値として推定軸トルク算出部２２に提供する。フリクショントルク値は、推定軸トルク算出部２２において推定されたエンジンの出力トルクから、減算するものであり、そのフリクショントルク値の上限を制限とすることで、推定軸トルク値にフリクショントルク値の算出異常が伝播されることを抑制することができる。

上述したように、一実施形態において、モニタ決定部２３は、暖機状態をフリクショントルク値に基づいて検出するため、リミット２４は、フリクショントルク値をモニタ決定部２３にも提供する。

異常トルク検出部２５は、モニタ決定部２３から取得したモニタ開始の信号に従い、エンジンの出力超過を判定する。異常トルク検出部２５は、推定軸トルク算出部２２で算出されたトルク値と、許容軸トルク算出部２１で算出されたトルク値とを比較し、推定軸トルク算出部２２で算出されたトルク値が許容軸トルク算出部２１で算出されたトルク値以上であるとき、エンジンが出力超過であると検出する。

異常トルク検出部２５が、エンジンが出力超過であると検出すると、エンジン制御装置１００は、スロットル弁３０２の開度を調節し、エンジンの出力トルクを下げるよう制御する（異常時処置を施す）。

次に、一実施形態に係るモニタ開始の閾値について図２および図３を参照して説明する。図２は、一実施形態に係るモニタ開始の閾値の変化例を示す図であり、エンジンの冷却水温の上昇（フリクショントルクの低下）に対する、モニタ開始の閾値の変化を示している。なお、エンジン始動からの時間の経過に対して、モニタ開始の閾値を変化させることもできる。図３は、一実施形態に係るモニタ開始の閾値設定処理のフローチャートである。

図３に示すステップＳ１１では、フリクショントルク算出部１３で検出されるフリクショントルク値がモニタ決定部２３で取得される。処理は、ステップＳ１２に移行し、暖機状態が判定される。

ステップＳ１２では、フリクショントルク値が高いか、またはエンジン始動後のエンジンの冷却水温が低いか判定される（冷間状態であるか否か判定される）。一例として、フリクショントルク値が図２に示すＴ１以上であるか判定される。フリクショントルク値がＴ１以上である場合、処理はステップＳ１３に移行し、閾値がＮｅ２（略一定）に設定される。このようにフリクショントルク値が高い場合、エンジンアイドル回転数が高いため、異常トルクの誤検出防止のため、モニタ開始の閾値（エンジン回転数）は、水温が低い場合のエンジンアイドル回転数Ｎｅ２（例えば、１５００ｒｐｍ）に設定される。

一方、ステップＳ１２において、フリクショントルク値がＴ１未満である場合、ステップＳ１４に移行し、半暖機状態であるか否か判定される。一例として、フリクショントルク値が図２に示すＴ２以上であるか判定される。フリクショントルク値がＴ２以上である場合、ステップＳ１５に移行し、閾値が演算され、その結果が閾値として設定される。すなわち、暖機が進み、フリクショントルクが低下（エンジンの冷却水温が上昇）すると、エンジンアイドル回転数が低下するため、フリクショントルク値Ｔ１からＴ２において、閾値は、徐々に低下するように演算される。図２では、フリクショントルク値Ｔ１からＴ２において演算された閾値は、フリクショントルク値に対して比例（時間および温度に対しては反比例）するように連続的（または直線的）に変化しているが、非直線的に変化することもある。

一方、ステップＳ１４において、フリクショントルク値がＴ２未満である場合、暖機完了状態であると判定され、処理は、ステップＳ１６に移行する。ステップＳ１６では、閾値がＮｅ１に設定される（略一定）。このようにフリクショントルク値が低い場合、エンジンアイドル回転数が低いため、モニタ開始の閾値（エンジン回転数）は、水温が高い場合のエンジンアイドル回転数Ｎｅ１（例えば、１０００ｒｐｍ）に設定される。その後、閾値設定処理は、ステップＳ１１に戻る。

図２に示すように、モニタ開始の閾値（エンジン回転数）が可変に設定されることで、エンジン暖機完了前は冷間時（暖機中）の高いエンジン回転数をモニタ開始の閾値として設定され得、また、エンジン暖機完了後は低いエンジン回転数をモニタ開始の閾値として設定され得るため、エンジンの冷間時と暖機完了後で、異常トルクの誤検出を防止しつつ、エンジンのトルクをモニタするモニタ開始のタイミングを適切に設定できる。

次に、一実施形態に係るモニタの開始および出力超過の判定について説明する。図４は、一実施形態に係る出力制限処理のフローチャートである。

ステップＳ２１では、図３に示す閾値設定処理で決定された閾値と、エンジン回転数センサ２０４によって検出されたエンジン回転数とが取得される。処理は、ステップＳ２２に移行し、閾値とエンジン回転数が比較される。エンジン回転数Ｎｅが、閾値未満である場合、処理は、ステップＳ２１に戻る。

一方、エンジン回転数Ｎｅが閾値以上である場合、処理は、ステップＳ２３に移行する。ステップ２３では、異常トルク検出部２５において出力超過が判定される。推定軸トルク算出部２２で算出されたトルク値と、許容軸トルク算出部２１で算出されたトルク値とを比較し、推定軸トルク算出部２２で算出されたトルク値が許容軸トルク算出部２１で算出されたトルク値以上であるか判定される。推定軸トルク算出部２２で算出されたトルク値が許容軸トルク算出部２１で算出されたトルク値未満と判定された場合、処理は、ステップＳ２１に戻る。

一方、推定軸トルク算出部２２で算出されたトルク値が許容軸トルク算出部２１で算出されたトルク値以上と判定された場合、処理は、ステップＳ２４に移行する。ステップ２４では、エンジン制御装置１００が、スロットル弁３０２の開度を調節し、異常トルクとなっているエンジンの出力トルクを低下させる異常時処置が施される。その後、閾値設定処理は、ステップＳ２１に戻る。

次に、暖機完了状態におけるモニタの開始について、図５および図６を参照して説明する。図５は、閾値が固定されていた場合のトルクモニタ部におけるモニタの開始を説明する図である。閾値は、フリクショントルク値が高い場合、エンジンアイドル回転数が高いため、異常トルクの誤検出防止のため、閾値（エンジン回転数）は、水温が低い場合のエンジンアイドル回転数Ｎｅ２（例えば、１５００ｒｐｍ）に設定されている。

図６は、一実施形態に係る閾値が変更された場合のトルクモニタ部におけるモニタの開始を説明する図である。閾値は、図３に示す閾値設定処理で決定された暖機完了状態である場合の閾値であり、水温が高い場合のエンジンアイドル回転数Ｎｅ１（例えば、１０００ｒｐｍ）である。図５および図６に示す曲線は、暖機後のエンジン状態におけるエンジン回転数Ｎｅであり、アイドル回転数Ｎｅ１は１０００ｒｐｍ以下である。

時間Ｔ０で、エンジン回転数Ｎｅの上昇が始まっており、エンジンの軸トルクの異常が発生している。しかし、エンジン回転数は、閾値未満であるため、モニタは開始されない。一方、エンジン回転数Ｎｅが上昇を続け、時間Ｔ１で、モニタ開始の閾値に到達すると、異常トルク検出部２５において出力超過の判定が開始される。

時間Ｔ２で、出力超過と判定されると、エンジン制御装置１００は、スロットル弁３０２の開度を調節し、異常トルクとなっているエンジンの出力トルクを低下させる異常時処置が施される。それによって、エンジン回転数Ｎｅは低下し、アイドル回転数Ｎｅ１（１０００ｒｐｍ）以下となる。

図６に示すような、一実施形態に係るモニタ開始では、トルクの異常が発生してから（Ｔ０）、トルクの異常時処置が施される（Ｔ１）までの検出時間（Ｔ２－Ｔ０）が、図５に示す検出時間（Ｔ２－Ｔ０）より短縮され、異常発生からエンジンが安定状態に戻るまでのトータル時間が短縮され得る。

＜実施形態のまとめ＞
上記実施形態は、少なくとも以下のエンジン制御装置を開示する。

１．上記実施形態のエンジン制御装置は、
エンジン制御装置（１００）であって、
エンジンの回転数が閾値以上のとき、エンジンの出力を監視する監視手段と、
前記監視手段の結果に基づき前記エンジンを制御する制御手段と、を有し、
前記監視手段は、
前記エンジンの出力超過を判定する出力判定手段と、
前記閾値を、エンジンの暖機状態に応じて変更する変更手段と、を有する。
この実施形態によれば、異常トルクの誤検出を防止しつつ、エンジンの出力の監視を開始するまでの時間を短縮でき、エンジンの異常発生から異常時処置までの時間が短縮できる。

２．上記実施形態では、
前記暖機状態は、前記エンジンの始動初期の冷間状態と、前記エンジンの暖機が完了した暖機完了状態と、前記冷間状態と前記暖機完了状態の間の半暖機状態と、を有し、
前記冷間状態の前記閾値は、前記暖機完了状態の前記閾値より大きい。
この実施形態によれば、異常トルクの誤検出を防止しつつ、エンジンの出力の監視を開始するまでの時間を短縮でき、エンジンの異常発生から異常時処置までの時間が短縮できる。

３．上記実施形態では、
前記冷間状態および前記暖機完了状態の各々の前記閾値は、略一定である。
この実施形態によれば、エンジンのモニタ開始を適切に設定できる。

４．上記実施形態では、
前記半暖機状態の前記閾値は、連続的に変化する。
この実施形態によれば、エンジンのモニタ開始を適切に設定できる。

５．上記実施形態では、
前記変更手段は、前記暖機状態を、フリクショントルクの推定値よって判定する。
この実施形態によれば、エンジンのモニタ開始を適切に設定できる。

６．上記実施形態では、
前記制御手段は、前記出力判定手段において、出力超過であると判定された場合に、前記出力を下げるように前記エンジンを制御する。
この実施形態によれば、エンジンの異常発生から異常時処置までの時間が短縮できる。

以上、発明の実施形態について説明したが、発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。

１０出力制御部、１１要求軸トルク算出部、１２補器負荷トルク算出部、１３フリクショントルク算出部、１４目標トルク算出部、２０トルクモニタ部、２１許容軸トルク算出部、２２推定軸トルク算出部、２３モニタ決定部、２４リミット、２５異常トルク検出部、１００エンジン制御装置、２０１アクセルペダルセンサ、２０２補器類センサ（スイッチ）、２０３冷却水温センサ、２０４エンジン回転数センサ、３０１トルク実現部、３０２スロットル弁、３０３燃料噴射弁、３０４点火装置、３０５エンジン情報

Claims

エンジン制御装置であって、
エンジンの回転数が閾値以上と判定されたときにエンジンの出力の監視を開始する監視手段と、
前記監視手段の結果に基づき前記エンジンを制御する制御手段と、を有し、
前記監視手段は、
前記エンジンの出力超過を判定する出力判定手段と、
前記閾値を、エンジンの暖機状態に応じて変更する変更手段と、を有し、
前記閾値はエンジンアイドル回転数である、
ことを特徴とするエンジン制御装置。
前記暖機状態は、前記エンジンの始動初期の冷間状態と、前記エンジンの暖機が完了した暖機完了状態と、前記冷間状態と前記暖機完了状態の間の半暖機状態と、を有し、
前記冷間状態の前記閾値は、前記暖機完了状態の前記閾値より大きい、ことを特徴とする請求項１に記載のエンジン制御装置。
前記冷間状態および前記暖機完了状態の各々の前記閾値は、略一定である、ことを特徴とする請求項２に記載のエンジン制御装置。
前記半暖機状態の前記閾値は、連続的に変化する、ことを特徴とする請求項２または３に記載のエンジン制御装置。
前記変更手段は、前記暖機状態を、フリクショントルクの推定値よって判定する、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のエンジン制御装置。
前記制御手段は、前記出力判定手段において、出力超過であると判定された場合に、前記出力を下げるように前記エンジンを制御する、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のエンジン制御装置。