JP7400660B2

JP7400660B2 - エンジン制御装置

Info

Publication number: JP7400660B2
Application number: JP2020135191A
Authority: JP
Inventors: 仁己杉本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-08-07
Filing date: 2020-08-07
Publication date: 2023-12-19
Anticipated expiration: 2040-08-07
Also published as: JP2022030880A

Description

本発明は、アイドル回転速度を目標値にフィードバック制御するアイドル速度制御が正常に機能しているかを判定するアイドル速度制御自己診断機能を有するエンジン制御装置に関する。

エンジンのアイドリングにおいて、フィードバック制御してエンジンの回転速度を所定の回転速度に維持するアイドル速度制御（以下、ＩＳＣと記す。）を行うエンジン制御装置が知られている。また、フィードバック制御の制御パラメータの値を学習し、それまでの値を更新して、次回のアイドリングにおいては、この学習され更新された値によりＩＳＣを開始する装置が知られている。この制御パラメータの値の学習および更新をＩＳＣ学習と記す。さらに、ＩＳＣが正常に機能しているかを自己診断するアイドル速度制御自己診断（以下、ＩＳＣ－ＯＢＤと記す。）を行うエンジン制御装置も知られている。ＩＳＣ－ＯＢＤに関し、法律等によって、これが実行される頻度が所定値以上であることが求められる場合がある。また、車両が停止しているなど、エンジンの駆動力が必要ないときには、アイドリングを停止する、いわゆるアイドリングストップを行うエンジン制御装置が知られている。

下記特許文献１においては、アイドル回転速度が安定しており、アイドリングストップを行うことが可能となった場合であっても、ＩＳＣ－ＯＢＤが完了していない場合には、アイドリングストップを行わず、ＩＳＣ－ＯＢＤの機会を確保する技術が開示されている。

特開２０１９－１８３６５３号公報

上記特許文献１においては、ＩＳＣ－ＯＢＤの実行頻度を高めることができるが、ＩＳＣ－ＯＢＤのためにアイドリングを行うので、燃料消費が増加する可能性がある。

本発明は、ＩＳＣ－ＯＢＤのためのアイドリング時の燃料消費を抑制し、かつＩＳＣ－ＯＢＤの実行回数を確保することを目的とする。

本発明に係るエンジン制御装置は、アイドル回転速度を目標値にフィードバック制御するアイドル速度制御が正常に機能しているかを判定するアイドル速度制御自己診断（ＩＳＣ－ＯＢＤ）をする機能を有する。アイドル速度制御はエンジントルク指令値を介してフィードバック制御される。アイドル速度制御自己診断において、アイドリングが開始されてから所定の異常判定時間を経過しても、アイドル回転速度が所定範囲の上限値以上または下限値以下である場合、アイドル速度制御に異常があるとする異常判定を行う。また、アイドル速度制御自己診断において、所定の異常判定時間が経過する以前であっても、アイドル速度制御中に、目標値に対する回転速度の偏差の絶対値が所定の偏差しきい値以下である状態と、フィードバック補正量の絶対値が所定の補正量しきい値以下である状態との少なくとも一方が所定時間継続した場合、アイドル速度制御が正常であるとする正常判定を行う。この正常判定がなされた場合エンジン制御装置はエンジンを停止する。さらに、エンジン制御装置は、エンジンの停止状態が維持され、かつ当該アイドル速度制御自己診断の開始から所定の異常判定時間が経過した場合に、アイドル速度制御自己診断を実行した回数をカウントアップする。

ＩＳＣ－ＯＢＤにおいて、目標値に対する回転速度の偏差またはフィードバック補正量に基づく正常判定は比較的短時間で終了させることができる一方、異常判定には前記の正常判定よりもより多くの時間を要する。前記の正常判定がなされると直ちにエンジンを停止することで燃料消費を抑制し、一方で異常判定に必要とする時間の経過後にＩＳＣ－ＯＢＤの実行回数をカウントアップすることで、その実行の実績を多くすることができる。

さらに、エンジン制御装置は、アイドル速度制御（ＩＳＣ）中に、目標値に対する回転速度の偏差の絶対値が第１偏差しきい値以下、かつフィードバック補正量の絶対値が第１補正量しきい値以下に第１所定時間維持されたときに、アイドリング時の初期指令値をその時点の値に更新するアイドル速度制御の学習を行う。さらに、エンジン制御装置は、第１所定時間より短い第２所定時間の間、目標値に対する回転速度の偏差の絶対値が第１偏差しきい値より小さい第２偏差しきい値以下、かつフィードバック補正量の絶対値が第１補正量しきい値より小さい第２補正量しきい値以下に維持されたとき、アイドル速度制御の学習の不要を判定する。さらに、エンジン制御装置は、アイドル速度制御の学習が不要と判定した場合、アイドル速度制御自己診断においてアイドル速度制御が正常であると判定する。

アイドル速度制御の学習の不要を判定したことをもって、アイドル速度自己診断において正常を判定することで、早期にエンジンを停止することができる。

ＩＳＣ－ＯＢＤにおいて、ＩＳＣが正常であれば、早期にエンジンを停止することによって燃料消費を抑制することができ、エンジンが停止しても異常判定に必要とする時間の経過後にＩＳＣ－ＯＢＤの実行回数をカウントアップすることで、ＩＳＣ－ＯＢＤの実行実績を多くすることができる。

本実施形態のエンジン制御装置とエンジンを含むシステムの概略構成を示す図である。アイドル速度制御に係るブロック図である。アイドル速度制御の学習に係るフローチャートである。アイドル速度制御自己診断に係るフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図１は、車両を駆動するエンジン１０とエンジン制御装置１２を含むシステムの概略構成を示す図である。エンジン１０は、内燃機関、特にガソリンエンジン、またディーゼルエンジンであってよい。エンジン制御装置１２は、運転者が操作するアクセルペダル１４やプレーキペダル１６、また車速センサ１８などの車両の走行状態を把握するためのセンサ類、さらにエンジン回転速度センサ２０や冷却水温センサ２２などのエンジン１０の状態を把握するためのセンサ類などからの情報に基づき、エンジン１０の回転速度および出力を制御する。車両を駆動する原動機としてエンジン１０の他にモータを備えるハイブリッド車両においては、このモータに電力を供給するバッテリの蓄電量もエンジンの制御に用いられる情報となる。エンジン制御装置１２は、上記の情報に基づき、スロットルバルブ３０の開度、燃料噴射量、点火時期等を制御して、エンジン１０が所望の回転速度および出力で運転されるよう制御する。

エンジン１０は、車両が停止するなど、駆動力が必要ないときには、アイドリングを行う。さらに、アイドリングによる燃料消費を抑制するために、所定の条件を満たすときには自動停止（アイドリングストップ）する。そして、駆動力が必要となった場合に再始動される。アイドリング時の回転速度は、例えば、スロットルバルブ３０の開度、特に、主バルブに対して並列に配置されたアイドル速度制御バルブの開度によって吸入空気量を微調整し、また点火時期を調整して制御される。アイドル回転速度の目標値があらかじめ設定されており、実際のアイドル回転速度が目標値となるように、スロットルバルブ３０の開度、点火時期などの制御パラメータの値が調整される。

より具体的には、エンジン１０の発生するトルクの指令値（以下、トルク指令値と記す。）と各制御パラメータの値が関連付けられて制御マップとして記憶されており、エンジン回転速度がトルク指令値を介してフィードバックされる。図２に示すように、トルク指令値に基づきスロットルバルブ３０の開度などの制御パラメータの値が算出されて、エンジンが制御される（Ｂ４０）。そして、エンジン回転速度が、目標回転速度と比較され、その偏差に基づき制御マップを参照してトルク補正量が算出され（Ｂ４２）、トルク指令値にフィードバックされる。例えば、実際のアイドル回転速度が目標値よりも低い場合には、エンジン１０のトルク指令値が増加され、この増加したトルク指令値に基づき、スロットルバルブ３０の開度が増加される。この結果、回転速度が上昇する。なお、トルク指令値も制御パラメータの１つである。

アイドリング開始時においては、あらかじめ定められたアイドリング時のトルク指令値の初期値に基づき、制御が開始されるが、エンジン１０の個体差や経年変化により、エンジン１０の摩擦等が変化し、目標回転速度とするために必要なトルクが変化する。この変化に対応するために、適切なトルク指令値を学習して更新するアイドル速度制御の学習（ＩＳＣ学習）を行うエンジン制御が知られている。車両の１回の運行、つまりイグニッションスイッチがオンにされてからオフにされるまでの期間において、エンジンが暖まった後、最初のアイドリング時に、目標回転速度となったときのトルク指令値を記憶し、つまり学習し、以降のアイドリング開始時においては、この指令値を初期値として用いる。アイドリング開始後は、フィードバック制御に基づきトルク指令値は変化するが、学習したトルク指令値は維持される。次回の運行において、ＩＳＣ学習が実行されるまでは、前回運行時に学習したトルク指令値を初期値としてアイドリングが開始される。

アイドリングストップを行う車両においては、ある運行においてＩＳＣ学習がまだ行われていない場合、アイドリングストップを禁止して、強制的にアイドリングを行い、その間にＩＳＣ学習を行う。これにより、ＩＳＣ学習の機会を確保している。一方で、エンジンのアイドリングが安定しているなど、改めてＩＳＣ学習を行う必要がない場合、ＩＳＣ学習のためにアイドリングすることは燃料消費を増加させる。このエンジン制御装置１２においては、ＩＳＣ学習が必要ない場合に早期にアイドリングを停止してエンジンを停止させている。

図３は、アイドリングストップの指令がなされた場合、ＩＳＣ学習のために、強制的にアイドリングを実行するときの制御フローを示す図である。まず、ＩＳＣ学習を行うための条件が満たされているかが判断される（Ｓ１００）。この条件は、現在エンジンが運転中であること、エンジン１０の冷却水温度が所定値以上であること、さらに、現在の運行において、運行開始時の冷却水温度が所定値以下であることである。エンジンが運転中でないとき、つまりエンジンが停止しているときに、敢えてエンジンを始動することはしない。また、冷却水温が所定値以上、例えば７０℃以上となって、十分に暖まった状態でＩＳＣ学習を行う。また、運行開始時の冷却水温が高い場合は、前回の運行からほとんど時間が経過しておらず、前回からのエンジンの変化は、ほとんどないと考えられるから、ＩＳＣ学習は不要と考えられる。ＩＳＣ学習の条件が満たされなければ、エンジンを停止する（Ｓ１０２）。また、ＩＳＣ学習の条件が満たされれば、ステップＳ１０４に移行する。

ステップＳ１０４は、アイドル回転速度などアイドリングの状態が従前から変化しているかを判断し、変化が十分に小さい場合、ＩＳＣ学習を行わずにアイドルストップを実行するためのステップである。具体的な内容については、ＩＳＣ学習に関連するステップについての説明の後、説明する。

ステップＳ１０４において、アイドリングの状態が従前から変化している場合、ＩＳＣ学習のためのステップＳ１０６に移行する。ステップＳ１０６では、エンジン回転速度の実際の値と目標値の偏差の絶対値ＤＬＮが所定の値（以下、第１偏差しきい値ＤＬＮＴ１と記す。）と比較され、またフィードバックされるエンジントルクの補正量（以下、フィードバック補正量と記す。）の絶対値ＤＬＱが所定の値（以下、第１補正量しきい値ＤＬＱＴ１と記す。）と比較される。エンジン回転速度の偏差の絶対値ＤＬＮが第１偏差しきい値ＤＬＮＴ１以下（ＤＬＮ≦ＤＬＮＴ１）、かつフィードバック補正量の絶対値ＤＬＱが第１補正量しきい値ＤＬＱＴ１以下（ＤＬＱ≦ＤＬＱＴ１）状態が、所定の時間ｔ１の間、継続したら（ステップＳ１０８）、トルク指令値の初期値の更新を行う（Ｓ１１０）。第１偏差しきい値ＤＬＮＴ１は、例えば２５ｒｐｍとすることができ、第１補正量しきい値ＤＬＱＴ１は、例えば０．２Ｎｍとすることができる。また、時間ｔ１は、例えば３秒とすることができる。更新後、エンジンを停止する（Ｓ１０２）。以降のアイドリングにおいて、この更新されたトルク指令値が用いられる。また、ステップＳ１０６の条件が満たされた場合、その都度、トルク指令値の初期値を更新し、時間ｔ１経過後、エンジンを停止するようにしてもよい。一方、ステップＳ１０６の条件が満たされなかった場合には、トルク指令値の初期値の更新を行わず、エンジンを停止する。

ステップＳ１０４に戻って説明する。ステップＳ１０４ではエンジン回転速度の偏差の絶対値ＤＬＮが所定の値（以下、第２偏差しきい値ＤＬＮＴ２と記す。）と比較され、またフィードバック補正量の絶対値ＤＬＱが所定の値（以下、第２補正量しきい値ＤＬＱＴ２と記す。）と比較される。第２偏差しきい値ＤＬＮＴ２は、第１偏差しきい値ＤＬＮＴ１より小さい値であり（ＤＬＮＴ２＜ＤＬＮＴ１）、例えば１０ｒｐｍとすることができる。第２補正量しきい値ＤＬＱＴ２は、第１補正量しきい値ＤＬＱＴ１より小さい値であり（ＤＬＱＴ２＜ＤＬＱＴ１）、例えば０．１Ｎｍとすることができる。ステップＳ１０４では、エンジン回転速度の偏差の絶対値ＤＬＮが第２偏差しきい値ＤＬＮＴ２以下（ＤＬＮ≦ＤＬＮＴ２）、かつフィードバック補正量の絶対値ＤＬＱが第２補正量しきい値ＤＬＱＴ２以下（ＤＬＱ≦ＤＬＱＴ２）かが判断される。ステップＳ１０４においては、エンジン回転速度の偏差の絶対値ＤＬＮおよびフィードバック補正量の絶対値ＤＬＱの判定の幅を、ＩＳＣ学習のときよりも狭くしており、この条件を満たす場合、アイドリングの状態の従前からの変化が小さいことが理解できる。つまり、改めてＩＳＣ学習を行う必要がないと考えられる。

ステップＳ１０４の条件が満たされた状態が所定時間ｔ２の間、継続したら（Ｓ１１２）、エンジンを停止する（Ｓ１０２）。時間ｔ２は、前述の時間ｔ１よりも短く、例えば、１秒とすることができる。これにより、アイドリングの状態に変化がない場合、早期にエンジンを停止することができ、その分、燃料消費を抑制することができる。

ステップＳ１０４およびステップＳ１０６において、エンジン回転速度の偏差およびフィードバック補正量に関して所定の範囲に収まるかを監視したが、これに限らずいずれか一方のみを監視するようにしてもよい。

エンジン制御装置１２は、アイドル速度制御（ＩＳＣ）が正常に動作しているかを自己診断（ＩＳＣ－ＯＢＤ）する機能を有する。具体的には、アイドリングを開始してから、所定の時間（例えば１０秒）経過しても回転速度が収束せず、アイドリング時における所定範囲の上限値以上または下限値以下となったままであるとき、ＩＳＣの異常を判定する。ＩＳＣ－ＯＢＤは、１回の運行において、すでに実行されている場合、同じ運行内では再度実行されることはない。また、ＩＳＣ－ＯＢＤが実行されるたびに、その実行回数が積算され、実行の実績が記録される。ＩＳＣ－ＯＢＤが実行された回数が、運行の総数に対して所定の割合、つまり所定の頻度以上となることが求められる場合がある。つまり、ＩＳＣ－ＯＢＤの実行回数を運行の総数で割った値（以下、自己診断レートと記す。）が所定値以上（例えば、三分の１以上）となることが求められる場合がある。

ＩＳＣ－ＯＢＤにおいて、前述の図２のステップＳ１０４およびステップＳ１１２の条件を満たせば、ＩＳＣが正常に機能していると判定するようにできる。つまり、エンジン回転速度の偏差の絶対値ＤＬＮが第２偏差しきい値ＤＬＮＴ２以下であり、フィードバック補正量の絶対値ＤＬＱが第２補正量しきい値ＤＬＱＴ２以下であり、さらにこの状態が時間ｔ２継続したら、ＩＳＣが正常であると判定するようにできる。この正常判定に必要な時間は、前述の異常判定に必要な時間よりも短い。正常判定がなされた後、アイドリングストップをすれば、異常判定に必要な時間が経過するまでアイドリングを継続するのに比べて、燃料消費を抑制することができる。また、正常判定がなされた場合、ＩＳＣ－ＯＢＤ開始から異常判定に必要な時間が経過すると、ＩＳＣ－ＯＢＤの実行回数をカウントアップする。これは、自己診断レートの確保の一助となる。

図４は、ＩＳＣ－ＯＢＤに係る制御フローを示す図である。ＩＳＣ－ＯＢＤにおいて、ＩＳＣが正常であることが判定される（Ｓ１２０）と、エンジン１０が停止される（Ｓ１２４）。正常判定は、アイドル回転速度が所定の値に収束したことをもって判定するようにできる。例えば、図３に示すステップＳ１０４およびステップＳ１１２の条件（ＩＳＣ学習不要判定と同じ条件）が成立したことをもって、ＩＳＣの正常を判定するようにできる。または、これに代えて、図３に示すステップＳ１０６およびステップ１０８の条件（ＩＳＣ学習完了判定と同じ条件）が成立したことをもって、ＩＳＣの正常を判定するようにできる。また、ステップＳ１０４，Ｓ１０６では、エンジン回転速度の偏差の絶対値ＤＬＮに係る条件と、フィードバック補正量の絶対値ＤＬＱに係る条件の両方を満たすことが条件となっているが、これに限らず、いずれか一方が成立した場合、正常としてもよい。また、正常判定の条件を、上記のＩＳＣ学習に係る条件とは別個に定めてもよい。

ステップＳ１２０で正常が判定されなかったときには、ステップＳ１２２に移行し、ＩＳＣ－０ＢＤを開始してから時間ｔ３が経過しているかが判断される。この時間ｔ３は、ＩＳＣ－ＯＢＤにおいて、異常を判定するために必要な時間である。ステップＳ１２２において、時間ｔ３が経過していなければ、ステップＳ１２０に戻り、経過していれば、ＩＳＣ－ＯＢＤに係る制御を終了する。

ステップＳ１２４でエンジンが停止された後、ステップＳ１２６でエンジンが停止しているか、つまりエンジンが再始動されていないかが判断され、エンジンが停止中でなければ（再始動されたら）、ＩＳＣ－ＯＢＤに係る制御を終了する。エンジンが停止しており、ＩＳＣ－ＯＢＤ開始から時間ｔ３が経過していなければ、ステップＳ１２６に戻ってエンジンの停止中か判断され、一方時間ｔ３が経過していればステップ１３０に移行する（Ｓ１２８）。時間ｔ３は、前述のように、ＩＳＣ－ＯＢＤにおいて異常を判定するために必要な時間である。ステップＳ１３０において、ＩＳＣ－ＯＢＤの実行回数がカウントアップされ、その後、この制御フローが終了する。

ＩＳＣの異常を判定するために必要な時間が経過する前に正常を判定し、この正常判定に基づきエンジンを停止することで、ＩＳＣの異常を判定するために必要な時間が経過するまでアイドリングを継続する場合に比べて、燃料消費を抑制することができる。また、エンジンを停止した場合でも、ＩＳＣの異常を判定するために必要な時間が経過した後にＩＳＣ－ＯＢＤの実行回数をカウントアップすることで、ＩＳＣ－ＯＢＤの実行実績を多くすることができる。

１０エンジン、１２エンジン制御装置、１４アクセルペダル、１６ブレーキペダル、１８車速センサ、２０エンジン回転速度センサ、２２冷却水温センサ、３０スロットルバルブ、ＤＬＮエンジン回転速度の実際の値と目標値との偏差の絶対値、ＤＬＮＴ１第１偏差しきい値、ＤＬＮＴ２第２偏差しきい値、ＤＬＱフィードバック補正量の絶対値、ＤＬＱＴ１第１補正量しきい値、ＤＬＱＴ２第２補正量しきい値。

Claims

アイドル回転速度を目標値にフィードバック制御するアイドル速度制御が正常に機能しているかを判定するアイドル速度制御自己診断をする機能を有するエンジン制御装置であって、
前記アイドル速度制御はエンジントルク指令値を介してフィードバック制御され、
前記アイドル速度制御自己診断において、アイドリングが開始されてから所定の異常判定時間を経過しても、アイドル回転速度が所定範囲の上限値以上または下限値以下である場合、アイドル速度制御に異常があるとする異常判定を行い、
前記アイドル速度制御自己診断において、前記所定の異常判定時間が経過する以前であっても、前記アイドル速度制御中に、目標値に対する回転速度の偏差の絶対値が所定の偏差しきい値以下である状態と、フィードバック補正量の絶対値が所定の補正量しきい値以下である状態との少なくとも一方が所定時間継続した場合、アイドル速度制御が正常であるとする正常判定を行い、
前記正常判定された場合、エンジンを停止し、さらに、
前記エンジンの停止状態が維持され、かつ当該アイドル速度制御自己診断の開始から前記所定の異常判定時間が経過した場合に、前記アイドル速度制御自己診断を実行した回数をカウントアップする、
エンジン制御装置。
請求項１に記載のエンジン制御装置において、
前記エンジン制御装置は、前記アイドル速度制御中に、目標値に対する回転速度の偏差の絶対値が第１偏差しきい値以下、かつフィードバック補正量の絶対値が第１補正量しきい値以下に第１所定時間維持されたときに、アイドリング時の初期指令値をその時点の値に更新するアイドル速度制御の学習を行い、
さらに、前記エンジン制御装置は、前記第１所定時間より短い第２所定時間の間、前記回転速度の偏差の絶対値が前記第１偏差しきい値より小さい第２偏差しきい値以下、かつ前記フィードバック補正量の絶対値が前記第１補正量しきい値より小さい第２補正量しきい値以下に維持されたとき、前記アイドル速度制御の学習の不要を判定し、
さらに、前記エンジン制御装置は、前記アイドル速度制御の学習が不要と判定した場合、前記アイドル速度制御自己診断においてアイドル速度制御が正常であると判定する、
エンジン制御装置。