JP2006112302A - エンジンの燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料カットから復帰するエンジン回転速度を早期に決定する。
【解決手段】減速時にエンジンへの燃料供給を停止する燃料供給停止手段７と、燃料供給停止後の運転状態に応じて燃料供給を再開する燃料復帰手段７と、エンジン１にかかるフリクショントルクに基づいてエンジン回転降下速度の予測値を算出し、この予測値に応じて、燃料供給を再開するエンジン回転速度を決定する燃料復帰回転速度演算手段７と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジンの燃料制御に関し、特に、減速時の燃料カットからの復帰タイミングの決定方法に関する。

エンジンの運転状態に応じて、例えばアクセルペダルが全閉での惰性走行時（コースト時）等のようにエンジン出力を必要としない場合には、燃費向上の目的から燃料供給を停止する燃料カットを実行する燃料制御装置が知られている。この燃料制御装置は、惰性走行からアクセルペダルを踏み込んで加速走行へ移行したときは燃料カットを解除して燃料供給を再開（燃料復帰）するが、惰性走行を継続していても、アイドル回転を維持できるよう設定した所定のエンジン回転速度になると燃料復帰して、エンジンが停止してしまうことを防止する。

上記のような機能を有する燃料制御装置において、燃料復帰を行うエンジン回転速度を、燃料カット開始時のギヤ位置に応じて変更する燃料制御装置が知られている。

しかし、上記のようなギヤ位置による燃料復帰回転速度の制御では、定地走行、登坂走行、降坂走行のいずれの場合にも同じエンジン回転速度で燃料復帰を行うことになる。このため、例えば、定地走行を基準として燃料復帰回転速度を設定すると、登坂走行時には走行抵抗が大きく、エンジン回転の低下速度が大きいためエンジンストールする可能性が高くなり、降坂走行時には走行抵抗が小さく、エンジン回転の低下速度が小さいため、燃料カットを継続可能な状態にもかかわらず燃料復帰してしまい、燃料カットの効果を十分に得ることができなかった。

そこで、特許文献１では、ギヤ位置に加えてエンジン回転の降下速度、路面傾斜を検出することとし、ギヤ位置とエンジン回転速度との関係から登坂、定地、降坂を判定し、それに応じて燃料復帰するエンジン回転速度を補正する燃料制御装置が開示されている。
特開平６−１７３７４０号

ところで、昨今はＣＶＴ等の採用により、アクセルオフにした、いわゆるコースト状態のエンジン回転速度（コースト回転速度）が低くなっており、コースト状態からブレーキを踏んで減速を開始すると、アイドル回転速度までの降下時間が、例えば５０ｍｓ程度の短時間となる場合がある。

このように短時間でアイドル回転速度まで降下する場合には、特許文献１のようにエンジン回転降下速度を実際に検出して、この検出値に基づいて燃料復帰回転速度を補正するという制御では、補正演算中にエンジン回転速度が燃料復帰すべき回転速度を下回ってエンジンストールしてしまう可能性がある。そこで、このようなエンジンストールを防止するために、コースト回転速度や燃料復帰を行う回転速度を高めに設定する方法があるが、これでは燃費性能向上の効果が得られなくなる。

そこで、本願発明では、燃料復帰のタイミングを短時間で決定し、広い運転領域で燃料カットを実行可能にすることを目的とする。

本発明のエンジンの燃料噴射制御装置は、減速時にエンジンへの燃料供給を停止する燃料供給停止手段と、燃料供給停止後の運転状態に応じて燃料供給を再開する燃料復帰手段と、エンジンにかかるフリクショントルクに基づいてエンジン回転降下速度の予測値を算出し、この予測値に応じて、燃料供給を再開するエンジン回転速度を決定する燃料復帰回転速度演算手段と、を備える。

本発明によれば、エンジンにかかるフリクショントルクからエンジン回転降下速度を予測するので、実際にエンジン回転速度が降下する前にエンジン回転降下速度の予測値を求めることができる。そして、このエンジン回転降下速度の予測値に基づいて燃料復帰するエンジン回転速度を決定するので、減速開始後、早期に燃料復帰のタイミングを決定することが可能となる。これにより、燃料復帰するエンジン回転速度にエンジンストール対策としてのマージンを設ける必要がなくなり、広い運転領域で燃料カットを行うことが可能となる。

以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本実施形態を適用するシステムの概略図である。１はエンジン、３はエンジン１に吸気を供給する吸気通路、１２はエンジン１に開口する吸気通路３の開口部を開閉する吸気バルブ、１４は排気ガスを排出するための排気通路、１３はエンジン１に開口する排気通路１４の開口部を開閉する排気バルブである。

上記のエンジン１では、吸気バルブ１２が開いた状態でピストン２が下降することによってエンジン１に吸気が導入され、ピストン２が下死点付近にあるときに吸気バルブ１２が閉じて、その後ピストン２が上昇することによって吸気が圧縮される。ピストン２が上死点付近に達したら後述する点火栓６による火花点火が行われて吸気が爆発し、ピストン２を押し下げる。ピストン２が再び上昇するときに排気バルブ１３が開かれ、シリンダ内の既燃ガスが排気通路１４に排出される。

吸気通路３には、エンジン１に供給する吸気量を調節するスロットルバルブ４が介装されており、その下流には吸気通路３内に燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられる。６はエンジン１に供給された空気と燃料との混合気に火花点火する点火栓である。なお、燃料噴射弁５をエンジン１のシリンダに臨むように取り付けて、シリンダ内に直接燃料噴射してもよい。

スロットルバルブ４の開度、燃料噴射弁５の噴射量、点火栓６の点火タイミングは、エンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＭという）７によって、運転状態等に応じて制御される。

ＥＣＭ７には、エンジン１の回転数を検出する回転数センサ９や運転者のアクセル踏み込み量を検出するアクセル開度センサ１０の検出信号に加えて、図示しない自動変速機コントローラ（以下、ＡＴＣＵという）からギア比やトルクコンバータ速度比等の自動変速機情報、さらにＡＢＳユニット８からブレーキ油圧、路面μ判定といった情報が入力され、これらの信号、情報に基づいて、燃料供給停止手段および燃料復帰手段として後述する燃料カットや燃料カットからの燃料噴射の再開（燃料復帰）の制御、そして燃料復帰回転速度演算手段として、燃料復帰するエンジン回転速度の演算を行う。

ここで、ＡＢＳユニット８について図２を参照して説明する。

図２に示すように、車輪２０の近傍にはそれぞれ車輪の回転速度を検出する車輪速センサ２１およびブレーキのシリンダ油圧を検出するブレーキ油圧センサ２２が設けられる。

また、車体の重心位置近傍には車両の加速度を検出するＧセンサ２３が設けられる。

ＡＢＳユニット８は、これら車輪速センサ２１、ブレーキ油圧センサ２２、Ｇセンサ２３の検出信号に基づいて路面μや駆動輪荷重等を推定し、減速時に車輪２０がロックしないようにブレーキのシリンダ油圧を制御する。

次に、本実施形態で実行する減速時の制御について説明する。

本実施形態では、従来と同様に、走行中にアクセルオフになった場合（コースト時）に燃料噴射を停止する、いわゆる燃料カットを行う。そして、エンジン回転速度がアイドル回転速度付近まで下がったら燃料復帰して、アイドル回転速度を維持する。

ところで、燃料復帰のタイミングが遅すぎると、燃料復帰してからエンジン１が実際にトルクを発生するまでの間にエンジン回転速度がアイドル回転を維持できない程度まで降下してしまう。また、早すぎる場合には燃料カットを行う時間が短くなり燃費向上の効果を十分に得られなくなる。

従来はコースト時にエンジン回転降下速度を計測し、このエンジン回転降下速度に基づいて燃料復帰のエンジン回転速度を決定していた。しかし、コースト時のエンジン回転速度が低く、ブレーキを踏んで減速を開始してからアイドル回転を維持するために最低限必要なエンジン回転速度まで降下する時間が短い場合には、適切な燃料復帰タイミングを決定することが困難となり、燃料復帰タイミングを決定したときには実際のエンジン回転速度が燃料復帰をするエンジン回転速度を下回ってしまう場合もあり得る。そこで、本実施形態では、ＥＣＭ７において図３に示すフローチャートに従って、燃料復帰をするエンジン回転速度を決定することとした。

以下、図３のステップに従って説明する。

ステップＳ１では、コースト状態かつ燃料カット中であるか否かを判定する。

判定がｎｏの場合は処理を終了する。判定がｙｅｓの場合はステップＳ２に進む。

ステップＳ２では、ブレーキ油圧の検出値を読み込む。

ステップＳ３では、ブレーキ制動力を下式（１）により算出する。

Ｂ＝ＰＷ×α ・・・（１）
Ｂ：ブレーキ制動力
ＰＷ：ブレーキ油圧
α：係数
ステップＳ４では、Ｇセンサ２３の検出値を読み込む。

ステップＳ５では、ステップＳ４で読み込んだ減速Ｇから、車体速度Ｖ１を演算する。

ステップＳ６では、車輪速センサ２０の検出値（Ｖ２）を読み込む。

ステップＳ７では、車体速度Ｖ１および車輪速度Ｖ２から、路面μを下式（２）により算出する。

μ＝β／（Ｖ１−Ｖ２） ・・・（２）
β：係数
ステップＳ８では、駆動輪荷重Ｆｗを下式（３）により算出する。

Ｆｗ＝μ×Ｗ−Ｂ ・・・（３）
Ｗ：車重
ステップＳ９では、ＡＴＣＵに読み込まれている自動変速機のギア比、終減速比を読み込む。

ステップＳ１０では、自動変速機からエンジン１のクランクシャフトに伝達されるフリクショントルク、つまりブレーキ制動力以外の自動変速機本体やオイルポンプ等のフリクショントルクＴｆおよびブレーキ制動力Ｔｈｏｋｉを求め、これを用いて下式（４）により、エンジン回転降下速度を算出する。

ΔＮ／Δｔ＝（Ｔｉ−Ｔｆ−Ｔｈｏｋｉ）×Ｋ ・・・（４）
ΔＮ／Δｔ：エンジン回転降下速度
Ｔｉ：エンジン発生トルク
Ｋ：係数
なお、ブレーキ制動力以外のフリクショントルクＴｆは使用する部品により定まり、本実施形態では予め実験等によって求めた一定値とする。

また、ブレーキ制動力Ｔｈｏｋｉは、駆動輪荷重Ｆｗから下式（５）のように定まる。

Ｔｈｏｋｉ＝Ｆｗ／（ギア比・終減速比） ・・・（５）
コースト時においては、クランクシャフトに伝達されるフリクショントルクは、Ｔｈｏｋｉの大きさ、つまりブレーキトルクＢと路面μとから式（３）のように定まる駆動輪荷重Ｆｗに基づいて定まる。したがって、路面μが大きければ駆動輪荷重Ｆｗが大きくなるのでクランクシャフトに伝達されるフリクショントルクは大きくなり、路面μが小さければその逆で、クランクシャフトに伝達されるフリクショントルクは小さくなる、ということが、実際にエンジン回転速度が降下する前に、わかる。

すなわち、式（４）を用いることにより、実際にエンジン回転速度が降下する前にエンジン回転降下速度を推定することができる。

係数Ｋは、エンジン１から車輪２０までの駆動力伝達経路中の回転体、例えばドライブシャフトやブレーキロータ等の慣性モーメントにより定まる。

ステップＳ１１では、少なくともアイドル回転を維持することが可能、つまりエンジン回転降下速度ΔＮ／Δｔがゼロまたは正となるエンジン発生トルク（燃料復帰時必要発生トルク）を式（４）から求め、このトルクを発生するために必要な吸気量および混合比、そして最適な点火時期を決定する。このように今回の減速状態に応じて燃料復帰時必要発生トルクを算出することによって、燃料復帰時のエンジン回転の吹け上がりやエンジンストールを防止することができる。

ステップＳ１２では回転数センサ９の検出信号に基づいて現在のエンジン回転速度を検出する。

ステップＳ１３では、燃料復帰をするか否かを判定する。具体的には、現在のエンジン回転速度が後述する燃料復帰回転速度になっているかを判定する。

ここで、燃料復帰回転速度の算出方法について図４を参照して説明する。図４は縦軸にエンジン回転速度Ｎｅ、横軸に時間をとったグラフである。

グラフの傾きはステップＳ１０で算出したエンジン回転降下速度ΔＮ／Δｔである。また、アイドル回転維持下限回転速度とは、設計的に定まるもので、予めＥＣＭ７に記憶しておく。

現在のエンジン回転速度をＮｅ０とすると、エンジン回転速度はΔＮ／Δｔで降下し、ｔ２経過後にアイドル回転維持下限回転速度まで降下する。しかし、ＥＣＭ７で燃料復帰を行うとの判断をしてから実際に燃料噴射が行われるまでには応答遅れ時間ｔｄがあるので、エンジン回転速度がアイドル回転維持下限速度になってから燃料復帰の決定を行うと、エンジンストールしてしまう。

そこで、エンジン回転速度がアイドル回転維持下限速度まで下降したときに燃料噴射が行われるように、ｔ２から応答遅れ時間ｔｄだけ遡った時点のエンジン回転速度を燃料復帰回転速度として設定する。

すなわち、現在のエンジン回転速度Ｎｅ０とエンジン回転降下速度ΔＮ／Δｔに基づいてアイドル回転維持下限回転速度まで降下する時間ｔ２を算出し、次にｔ２から応答遅れ時間ｔｄだけ遡ったｔ１を算出し、エンジン回転効果速度ΔＮ/Δｔおよび現在のエンジン回転速度を用いてｔ１におけるエンジン回転速度を算出し、これを燃料復帰回転速度とする。

上記のような方法で燃料復帰回転速度を設定することにより、エンジン回転降下速度ΔＮ／Δｔが大きい場合には、高い燃料復帰回転速度が設定されることになり、エンジンストールを確実に防止することができる。また、エンジン回転降下速度ΔＮ／Δｔが小さくなるほど、燃料復帰回転速度はアイドル回転維持下限回転速度に近い低い回転速度に設定されるので、燃料カット可能な運転領域が拡がり、燃費性能を向上することができる。

ステップＳ１３で燃料復帰タイミングであると判定した場合にはステップＳ１４に進み、ステップＳ１０で決定した条件で燃料噴射を開始する。燃料復帰タイミングでないと判定した場合にはステップＳ１２に戻り、燃料復帰タイミングになるまでステップＳ１２、Ｓ１３を繰り返す。

以上により本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

燃料カット中に、エンジンにかかるフリクショントルクに基づいてエンジン回転降下速度の予測値を算出し、この予測値に基づいて燃料復帰するエンジン回転速度を決定するので、エンジン回転速度が実際に下降する前に燃料復帰するエンジン回転速度を決定することが可能となり、低いコースト回転からの減速時や急激な減速時等であっても、エンジンストールを防止しつつ、最適なタイミングで燃料復帰することができる。これにより広い運転領域で燃料カットを行うことが可能となり、燃費性能の向上を図ることができる。

エンジンにかかるフリクショントルクを算出するパラメータとして、ブレーキ制動力Ｂおよび路面μを用いるので、エンジン回転下降速度を精度よく予測することができる。

燃料供給を再開するときにエンジン１が発生するトルクを、エンジン１にかかるフリクショントルクに基づいて設定するので、燃料復帰時にエンジン回転の吹け上がりやエンジンストールを確実に防止することができる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

本発明は、アクセルオフ状態での減速時に燃料カットを行う車両に適用可能である。

本実施形態のシステム構成を表す図である。 ＡＢＳユニットを説明するための図である。 本実施形態の制御を説明するためのフローチャートである。 燃料復帰エンジン回転速度の決定方法を説明するための図である。

符号の説明

１ エンジン
２ ピストン
３ 吸気通路
４ スロットルバルブ
５ 燃料噴射弁
６ 点火栓
７ エンジンコントロールユニット（ＥＣＭ）
８ ＡＢＳユニット
９ 回転センサ
１０ アクセル開度センサ
１１ ＡＴコントロールユニット（ＡＴＣＵ）
１２ 吸気バルブ
１３ 排気バルブ
１４ 排気通路
１５ 燃焼室
２０ 車輪
２１ 車輪速センサ
２２ ブレーキ油圧センサ
２３ Ｇセンサ

Claims (3)

1. 減速時にエンジンへの燃料供給を停止する燃料供給停止手段と、
   燃料供給停止後の運転状態に応じて燃料供給を再開する燃料復帰手段と、
   エンジンにかかるフリクショントルクに基づいてエンジン回転降下速度の予測値を算出し、この予測値に応じて、燃料供給を再開するエンジン回転速度を決定する燃料復帰回転速度演算手段と、を備えることを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。
2. 前記エンジンにかかるフリクショントルクを算出するパラメータとして、ブレーキ制動力および路面抵抗値を含む請求項１に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
3. 前記燃料復帰手段は、燃料供給を再開するときにエンジンが発生するトルクを、前記エンジンにかかるフリクショントルクに基づいて設定する請求項１または２に記載のエンジンの燃料噴射制御装置。

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