JP7235167B2 - 内燃機関の制御方法および制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両走行中にアクセル開度が０となったときに燃料カットを実行するとともに、この燃料カットに伴う車両振動を相殺するように、燃料カット実行後に、一部気筒の燃料供給により逆位相トルクを与える内燃機関の制御方法および制御装置に関する。

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。

このような燃料カットが実行されると、内燃機関の発生トルクがステップ的に減少することから駆動系の捩れ振動が発生し、この捩れ振動によって車両前後方向の振動が生じる。特許文献１には、この燃料カットに伴って生じる車両振動を相殺するように、燃料カット実行後に、一部気筒の燃料供給により逆位相トルクを与える技術が開示されている。

しかしながら、特許文献１の技術では、燃料カット実行前後での内燃機関のトルク段差の大きさが何ら考慮されていない。

例えば、何らかの理由で内燃機関の発生トルクとして車両の走行に必要なトルクに余分なトルクが上乗せされているような場合には、運転者がアクセル開度を０としても内燃機関のトルクが比較的高いレベルにあり、この比較的高いトルクを発生している状態から燃料カットが実行されることとなる。このような場合、燃料カット実行前にアクセル開度が０となってから車両駆動系のドライブシャフトのトルクが正から０を経て負へと反転するまでの遅れが、燃料カット直前の内燃機関トルクが低い場合に比較して、相対的に大きくなる。なお、このドライブシャフトのトルク変化の遅れは、主に駆動系各部の遊びやバックラッシュに起因する。

上述した燃料カットに伴う車両振動は、ドライブシャフトのトルクが正から負へ反転した後に生じるので、燃料カットの際の内燃機関の発生トルクの大小を考慮していない従来技術では、必ずしも適切なタイミングで逆位相トルクを与えることができない。不適切なタイミングで逆位相トルクが与えられると、逆に車両振動が悪化する虞もある。

特開平８－１７７５６６号公報

この発明では、アクセル開度が０である燃料カット直前の内燃機関のトルクが通常よりも大きい高トルクアイドル運転から燃料カットを実行する場合に、上記逆位相トルクを与えるタイミングを通常時よりも遅らせる。

燃料カット直前の内燃機関のトルクが通常よりも大きい場合には、アクセル開度が０となってからドライブシャフトのトルクが正から負へ反転するまでの遅れが相対的に大きくなり、燃料カットに伴う車両振動の発生タイミングが遅くなる。従って、逆位相トルクを与えるタイミングを通常時よりも遅らせることで、車両振動を適切に抑制できる。

一実施例の内燃機関のシステム構成を示す説明図。 一実施例の燃料カット制御の処理を示すフローチャート。 燃料カットの際の機関トルクおよびドライブシャフトトルクの変化を通常時とＧＰＦ再生時とで対比して示したタイムチャート。

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、一実施例の内燃機関１のシステム構成を概略的に示した説明図である。内燃機関１は、例えば直列３気筒の火花点火式内燃機関であって、吸気弁２と排気弁３とで囲まれた燃焼室中央部に点火プラグ４を有し、吸気弁２側には図示しない可変バルブタイミング機構が設けられている。吸気ポート６には、吸気弁２へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁５が配置されている。なお、内燃機関１は、筒内へ燃料を直接噴射する筒内直接噴射型内燃機関であってもよい。

吸気ポート６に接続された吸気通路７は吸気コレクタ７ａを備えており、該吸気コレクタ７ａの上流側に、エアクリーナ８、エアフロメータ９、電子制御型スロットルバルブ１０が上流側から順に配置されている。吸気コレクタ７ａには、該吸気コレクタ７ａ内の圧力および吸気温を検出するＴ－ＭＡＰセンサ１１が設けられている。

排気ポート１３に接続された排気通路１４には、三元触媒からなる触媒装置１５が設けられており、該触媒装置１５の上流側に空燃比センサ１６が、下流側にＯ２センサ１７が、それぞれ配置されている。また、排気通路１４のＯ２センサ１７よりも下流側に、排気中の排気微粒子を捕集する排気微粒子フィルタ（以下、ＧＰＦと略記する）１８が配置されている。ＧＰＦ１８は、例えば、目封じ型のセラミック製モノリスフィルタに三元触媒をコーティングした構成となっている。一つの例では、上流側の触媒装置１５が車両のエンジンルーム内に位置し、ＧＰＦ１８は車両の床下に位置している。

ＧＰＦ１８は、その入口側および出口側に、それぞれ温度センサ１９，２０を備えている。また、ＧＰＦ１８における圧力損失（つまり微粒子堆積状態）を検出するために、ＧＰＦ１８の入口側と出口側との間の圧力差に応答する差圧センサ２１が設けられている。

排気通路１４と吸気通路７との間には排気還流通路２３が設けられており、この排気還流通路２３は、ＥＧＲガスクーラ２４およびＥＧＲバルブ２５を備えている。

また、内燃機関１は、冷却水温センサ２７、潤滑油に関する油温センサ２８および油圧センサ２９、ノッキングセンサ３０、機関回転速度を検出するクランク角センサ３１、等を備えている。

上述した種々のセンサ類の検出信号は、エンジンコントローラ３５に入力される。エンジンコントローラ３５には、さらに、運転者により操作されるアクセルペダルの踏込量を検出するアクセル開度センサ３６の検出信号、トランスミッションコントローラ３７が出力する変速機のギア比を示す信号、車速センサ３８からの車速信号、などが入力される。また、内燃機関１は、補機として空調装置用コンプレッサ（図示せず）およびオルタネータ（図示せず）を駆動しており、これらの補機の駆動に要する負荷を検出するために、空調装置の冷媒圧力やオルタネータの電流を示す信号がエンジンコントローラ３５に入力される。

エンジンコントローラ３５は、これらの検出信号に基づき、内燃機関１の全体的な制御を行っている。例えば、各気筒の燃料噴射弁５の燃料噴射量および噴射時期、点火プラグ４の点火時期、スロットルバルブ１０の開度、等を最適に制御している。

また、ＧＰＦ１８については、差圧センサ２１によって所定レベル以上の微粒子堆積状態（いわゆる目詰まり状態）が検出されたときに、ＧＰＦ１８の温度など他の条件も考慮しながらエンジンコントローラ３５がＧＰＦ１８の強制的な再生を行うようになっている。具体的には、スロットルバルブ１０の開度を増加して吸入空気量および燃料量を増量するとともに、点火時期を遅角させて排気温度を高めることで、堆積していた排気微粒子を燃焼させ、除去する。なお、一般に、高負荷運転などによりＧＰＦ１８の温度が高いときにはＧＰＦ１８は自然に再生可能であるので、ＧＰＦ１８の強制的な再生は、低負荷運転の継続などによりＧＰＦ１８の温度が低いときに行われる。例えば、運転者がアクセルペダルを解放した状態であるアクセル開度が０であるときにも、ＧＰＦ１８の強制的な再生がなされる。

上記内燃機関１は、図示しない変速機と組み合わされて車両に搭載されている。変速機としては、有段もしくは無段の自動変速機、あるいは、手動変速機のいずれであってもよいが、一例としては、ベルト式無段変速機（いわゆるＣＶＴ）が用いられている。このベルト式無段変速機は、トランスミッションコントローラ３７により、主にアクセル開度と車速とに基づいて変速比が連続的に制御される。内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）は、図示しないトルクコンバータを介して変速機の入力軸に接続される。変速機の出力軸は、終減速装置およびドライブシャフトを介して車両の駆動輪を駆動する。

次に、本発明の要部である減速時の燃料カット制御について説明する。実施例の内燃機関１は、車両走行中に運転者がアクセルペダルを解放した惰行走行時に、燃料消費の改善やいわゆるエンジンブレーキ作用の確保等のために、燃料カットを実行する。そして、この燃料カットに伴う捩れ振動に起因した車両前後方向の振動を相殺するために、燃料カット実行後に、一部気筒の燃料噴射（つまり一部気筒の燃焼）により逆位相トルクを与える処理を実行する。例えば、捩れ振動の１／４周期遅れた位相でもって逆位相トルクを与えることで、捩れ振動に起因した車両前後方向の振動が効果的に抑制される。この逆位相トルクを与えるタイミングは、燃料カット直前の内燃機関１のトルクに応じて設定され、燃料カット直前の内燃機関１のトルクが大きい場合には相対的に遅れたタイミングで逆位相トルクが与えられる。

具体的には、点火順序に従った本来の点火時期が所望のタイミングに最も近い気筒が逆位相トルク発生のための燃焼気筒として決定される。点火順序がこの燃焼気筒よりも前の気筒は、非燃焼気筒となる。また、燃料カット直前の内燃機関１のトルクが大きいほど逆位相トルクは大きく与えられる。つまり、逆位相トルク発生のための燃焼気筒に対する燃料噴射量が大きく設定される。また、１つの燃焼気筒で逆位相トルクが不十分であれば、最初の燃焼気筒に続いて点火順序が到来する次の気筒も燃焼気筒として燃料噴射・点火を行う。

後述するように、燃料カット直前の内燃機関１のトルクが大きいと、捩れ振動に関与するドライブシャフトの実際のトルクが正から負へと反転するタイミングが相対的に遅くなり、それだけ捩れ振動に起因した車両前後方向の振動の発生が遅くなる。従って、捩れ振動の１／４周期遅れたタイミングつまり逆位相トルクを与えるべきタイミングがそれだけ遅くなる。

また、捩れ振動の周波数は、変速機のギア比の影響を受け、さらには、内燃機関１の回転速度の影響を受ける。変速機のギア比が低い（低速ギア側）ほど捩れ振動の周波数が低くなり、１／４周期遅れたタイミングが相対的に遅くなる。また内燃機関１の回転速度が高いほど捩れ振動の周波数が高くなり、１／４周期遅れたタイミングが相対的に早くなる。

従って、実施例の内燃機関１では、燃料カット直前の内燃機関１のトルク、燃料カット実行時のギア比、燃料カット実行時の内燃機関１の回転速度、を考慮して、燃料カット後の逆位相トルクを与えるための燃焼気筒および非燃焼気筒が決定される。

図２は、上記エンジンコントローラ３５によって実行される燃料カット制御の処理の流れを示すフローチャートであって、ステップ１でアイドルスイッチフラグがオンとなったかどうかを繰り返し判定する。アイドルスイッチフラグは、アクセル開度が０であることを示すフラグであり、アクセルペダルの踏込に応答するアクセル開度センサ３６の出力信号が所定レベル未満である状態が比較的短い所定時間継続したときに、アクセルペダルが全閉であると判定してアイドルスイッチフラグがオンつまり「１」となる。

アクセル開度が０つまりアイドルスイッチフラグがオンとなったら、ステップ２へ進み、燃料カットを許可するか否かを判定する。ここでは、アクセル開度以外のいくつかの燃料カット許可条件が成立しているかどうかを判定する。例えば、冷却水温が所定温度以上であること、内燃機関１の回転速度が所定回転速度以上であること、車速が所定車速以上であること、などを条件として燃料カットが許可される。

ステップ２において燃料カット許可と判定したら、ステップ３へ進み、そのときの内燃機関１のトルク（つまり燃料カット直前の内燃機関１のトルクに相当）と、内燃機関１の回転速度と、変速機のギア比と、に応じて、燃料カット直後の非燃焼気筒と燃焼気筒とを決定する。そして、ステップ３からステップ４へ進み、ステップ３での決定に従って、各気筒の燃料噴射を制御する。つまり、このステップ４において、燃料カットが実行される。

図３は、燃料カットの際の内燃機関１のトルク（Ｄ欄）とドライブシャフトトルク（Ｃ欄）の変化を示すタイムチャートである。なお、この図３は、理解を容易にするために模式的に描いた説明図である。ここでは、燃料カット直前の内燃機関１のトルクが大きくなる１つの要因として、ＧＰＦ１８の強制的な再生を行っている場合と、強制的な再生を行っていない場合（これを通常時とする）と、を例に説明する。

破線ａは、通常時つまりＧＰＦ１８の強制的な再生を行っていない場合の燃料カット前後のトルクの変化を示す。時間ｔ１においてＡ欄に示すアイドルスイッチフラグがオンつまりアクセル開度が０となり、これから僅かに遅れた時間ｔ２において燃料カットが実行される（Ｂ欄の燃料カット許可フラグを参照）。ＧＰＦ１８の強制的な再生がなされていない通常時には、時間ｔ１においてスロットルバルブ１０が実質的に全閉となるため、内燃機関１のトルクが時間ｔ２までの間に十分に低くなる。また、ドライブシャフトのトルクに着目すると、アクセル開度が０となった時間ｔ１においてドライブシャフトのトルクが直ちに０となり、多くの場合、燃料カットが実行される時間ｔ２までの間に負に反転する。つまり、変速機や駆動系における種々の遊びやバックラッシュが燃料カット実行までの間に吸収されており、燃料カットにより生じる内燃機関１のトルク段差が直ちに変速機や駆動系に作用する。

そのため、時間ｔ２を起点として、捩れ振動の１／４周期遅れたタイミングに逆位相トルクを与えればよい。図示例では、この逆位相トルクを与えるべきタイミングに近い爆発行程を有する気筒（ここでは例えば♯１気筒とする）が燃焼気筒となり、この♯１気筒の爆発・燃焼が実行される。これにより、捩れ振動による車両前後方向の振動（これは、Ｃ欄にドライブシャフトのトルク変動として示されている）が抑制される。なお、Ｄ欄における符号「♯１」は、♯１気筒の噴射パルスを模式的に示している。Ｄ欄には詳しくは示していないが、この♯１気筒の爆発・燃焼によって内燃機関１のトルクも同様にパルス状に上昇する。

なお、破線ａの特性から、「通常時」とはアクセル開度が０となった後燃料カット実行までの間にドライブシャフトのトルクが正から負へと反転する場合である、と言える。

実線ｂは、ＧＰＦ１８の強制的な再生を行っている場合の特性を示す。Ｄ欄に示すように、内燃機関１のトルクは、走行中、破線ａに比較して高く、アクセル開度が０となった時間ｔ１以降も比較的高いレベルにある。これは、アイドル運転に必要なトルクに、ＧＰＦ１８の強制的な再生のための余分なトルクつまり吸入空気量・燃料量が上乗せされているためである。運転者がアクセル開度を０としてもＧＰＦ１８の強制的な再生が継続され、スロットルバルブ１０の開度が全閉ではなくある程度開いた状態となる。そのため、内燃機関１のトルクが高くなるのである。本明細書では、このように内燃機関１の発生トルクが通常時よりも大きなアイドル状態を、便宜上「高トルクアイドル運転」と呼ぶこととする。同様の現象は、空調装置用のコンプレッサや発電用のオルタネータなどの補機の負荷が大きいとき、キャニスタからのパージガスの流入量が大であるとき、フリクション等による損失が大きくそれだけ内燃機関１の発生トルクが大きく制御されているとき、などに生じうる。例えば、補機の負荷が大きく、かつ同時にＧＰＦ１８の強制的な再生を行っているような条件下では、アクセル開度を０としたときの内燃機関１のトルクはさらに大きい。

従って、ＧＰＦ１８の強制的な再生を行っている場合、時間ｔ１においてアクセル開度が０となった後も内燃機関１のトルクは比較的高く、燃料カットが実行される時間ｔ２における内燃機関１のトルクは高いレベルにある。そして、燃料カットが実行されると内燃機関１のトルクが０となるので、燃料カットの前後におけるトルク段差は、通常時（破線ａ）よりも大きい。

これに対応するドライブシャフトのトルクに着目すると、時間ｔ１から時間ｔ２に至る間も内燃機関１から変速機へと比較的大きなトルク（正のトルク）が加えられるため、ドライブシャフトのトルクの低下は緩慢である。時間ｔ２において燃料カットが実行されると、ドライブシャフトのトルクは０となり、その後、時間ｔ３においてドライブシャフトのトルクが負へと反転する。つまり、時間ｔ２から時間ｔ３の間は、駆動系各部の遊びやバックラッシュ等に起因した遅れ時間となる。捩れ振動に起因する車両前後方向の振動は、ドライブシャフトのトルクが負へと反転した時間ｔ３を起点として発生する。

従って、この場合は、破線ａに示す通常時のように時間ｔ２を起点として捩れ振動の１／４周期遅れたタイミングに逆位相トルクを与えたのでは、逆位相トルクのタイミングが早すぎることとなり、車両前後方向の振動を適切に抑制できないばかりか、逆に振動が悪化する可能性もある。

これに対し、実施例の燃料カット制御では、燃料カット直前の内燃機関１のトルクが大きい場合に、時間ｔ２から時間ｔ３までの遅れを考慮して、逆位相トルクを与えるタイミングが通常時よりも遅れたタイミングとなる。図示例では、この逆位相トルクを与えるべきタイミング（つまり時間ｔ３を起点として捩れ振動の１／４周期遅れたタイミング）に近い爆発行程を有する気筒として、♯１気筒の次に点火順序が到来する♯２気筒が選択される。つまり♯１気筒は非燃焼気筒として燃料噴射は行われず、次の♯２気筒に対して燃料噴射・点火を実行する。これにより、時間ｔ３を起点とした捩れ振動による車両前後方向の振動（これは、Ｃ欄にドライブシャフトのトルク変動として示されている）が抑制される。なお、Ｄ欄における符号「♯２」は、♯２気筒の噴射パルスを模式的に示している。Ｄ欄には詳しくは示していないが、この♯２気筒の爆発・燃焼によって内燃機関１のトルクも同様にパルス状に上昇する。

ここで、符号「♯１」，「♯２」で示すパルス波形の高さは、各気筒の噴射量ないし発生トルクの大小を表しており、図示するように、ＧＰＦ１８再生中の高トルクアイドル運転では、逆位相トルクとなる燃焼気筒の噴射量が通常時よりも大きく与えられる。つまり、燃料カットに伴う内燃機関１のトルク段差の大小に応じた形で、逆位相トルクが大きく与えられる。燃料カットに起因するトルク段差が大きいほど捩れ振動の振幅が大きくなるので、逆位相トルクを大とすることで、より効果的な振動抑制が図れる。

また、捩れ振動の周波数は、前述したように変速機のギア比の影響を受け、さらには、内燃機関１の回転速度の影響を受ける。変速機のギア比が低い（低速ギア側）ほど捩れ振動の周波数が低くなり、１／４周期遅れたタイミングが相対的に遅くなる。また内燃機関１の回転速度が高いほど捩れ振動の周波数が高くなり、１／４周期遅れたタイミングが相対的に早くなる。従って、これらを考慮して最適な燃焼気筒が選択される。例えば、♯２気筒よりもさらに遅れたタイミングで逆位相トルクを与える必要があれば、♯１気筒および♯２気筒が非燃焼気筒となり、その次の♯３気筒が燃焼気筒として、燃料噴射・点火がなされる。

また、さらに大きな逆位相トルクが必要な場合（つまり１つの気筒の燃焼では要求の逆位相トルクを満たせない場合）には、複数の気筒の燃焼・爆発を行うようにしてもよい。

燃料カット直前の内燃機関１のトルクは、吸入空気量や内燃機関１の回転速度、吸気コレクタ７ａ内の圧力、スロットルバルブ１０の開度、燃料噴射量、点火時期、ＥＧＲガスの流量、パージガスの流量、内燃機関１内部での損失トルク、などに基づいて適宜に求めることができる。あるいは、空調装置用コンプレッサやオルタネータ等の補機の駆動トルク、変速機等の駆動系のフリクショントルク、ＧＰＦ１８再生に必要な空気量・燃料量、などの車両走行に寄与しない負のトルクを求め、これらの総和を燃料カットに伴うトルク段差として扱うようにしてもよい。

なお、上記実施例では、燃料カット直前の内燃機関１のトルクの大小から逆位相トルクの基本的なタイミングを決定するようにしているが、例えば、ＧＰＦ１８の強制的な再生など燃料カット直前の内燃機関１のトルクが通常時よりも大となる代表的な要因を予め決定しておき、これらの要因の有無に基づいて逆位相トルクの基本的なタイミングを決定するようにしてもよい。つまり、内燃機関１の実際のトルクを演算せずに、ＧＰＦ１８再生中など高トルクアイドル運転となるときに逆位相トルクのタイミングを通常時よりも遅くすればよい。

Claims (8)

1. 車両の走行中にアクセル開度が０となったときに燃料カットを実行するとともに、この燃料カットに伴う車両振動を相殺するように、燃料カット実行後に、一部気筒の燃料供給により逆位相トルクを与える内燃機関の制御方法において、
   アクセル開度が０である燃料カット直前の内燃機関のトルクが通常よりも大きい高トルクアイドル運転から燃料カットを実行する場合に、上記逆位相トルクを与えるタイミングを通常時よりも遅らせる、内燃機関の制御方法。
2. 燃料カット直前の内燃機関のトルクが大きいほど上記逆位相トルクを大きく与える、請求項１に記載の内燃機関の制御方法。
3. 内燃機関の排気系に設けられた排気微粒子フィルタの再生処理を行っている運転状態を、上記の高トルクアイドル運転とする、請求項１または２に記載の内燃機関の制御方法。
4. アクセル開度が０となってから燃料カット実行までの期間内に車両のドライブシャフトのトルクが正から負へ反転しないときの運転状態を、上記の高トルクアイドル運転とする、請求項１または２に記載の内燃機関の制御方法。
5. 燃料カット実行後に順次点火順序が到来する気筒の中で、上記逆位相トルクを与えるべきタイミングに基づき、燃料供給を行う気筒を決定する、請求項１～４のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。
6. 燃料カット実行時の変速機のギア比が低いほど上記タイミングを相対的に早くする、請求項１～５のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。
7. 燃料カット実行時の内燃機関の回転速度が高いほど上記タイミングを相対的に遅くする、請求項１～６のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。
8. アクセル開度センサと、各気筒毎に燃料噴射を行う燃料噴射装置と、を備え、車両の走行中にアクセル開度が０となったときに燃料カットを実行するとともに、この燃料カットに伴う車両振動を相殺するように、燃料カット実行後に、一部気筒の燃料供給により逆位相トルクを与える内燃機関の制御装置において、
   アクセル開度が０である燃料カット直前の内燃機関のトルクが通常よりも大きい高トルクアイドル運転から燃料カットを実行する場合に、上記逆位相トルクを与えるタイミングを通常時よりも遅らせる、内燃機関の制御装置。

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