JP2006194143A

JP2006194143A - エンジンの制御装置

Info

Publication number: JP2006194143A
Application number: JP2005006141A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kisaka; 浩幸木坂; Akitomo Kume; 章友久米; Masahiro Nagoshi; 匡宏名越
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2005-01-13
Filing date: 2005-01-13
Publication date: 2006-07-27

Abstract

【課題】車両の減速要求が検出された後、所定の時期に燃料供給が停止されるように構成されているエンジンにおいて、筒内ＥＧＲ率の急上昇による失火を防止可能なエンジンの制御装置を提供する。
【解決手段】エンジンコントロールユニットは、エンジン回転数Ｎ、吸気圧Ａｐ，ＥＧＲバルブの開度θｅに基づいて筒内ＥＧＲ率Ｅを推定し、減速要求が検出されたときは、排気ガスの還流を停止し、かつ筒内ＥＧＲ率Ｅが所定値Ｅｏを超えている間、スロットルバルブの開度θｓを、上記減速要求が検出された時点の開度に維持する。
【選択図】図２

Description

本発明は、減速要求が検出された後、所定の時期に燃料供給が停止されるように構成されたエンジンの制御装置に関し、エンジン制御の技術分野に属する。

車両においては、例えば燃費の向上を目的として、減速要求が検出された場合（例えば、車速及びエンジン回転数がそれぞれ所定値以上の状態でアクセル開度がゼロとなった場合）、エンジンへの燃料供給を停止するいわゆる燃料カット制御が行われることがあるが、前記減速要求が検出されたときに即座に燃料カットを実行すると、トルク変動によりショックを生じることがあり、これを軽減可能な技術として、例えば特許文献１に、燃料カットの実行を所定時間遅らせるものが開示されている。

特開昭５６−０５０２３２号公報

ところで、エンジンには、排気通路からスロットルバルブよりも下流側の吸気通路に排気ガスを還流するＥＧＲ通路が備えられると共に、該ＥＧＲ通路の途中に、該通路を開閉するＥＧＲバルブが備えられることがあるが、このようなものにおいては、前記特許文献１に記載の技術を適用した際、以下のような問題が生じる虞がある。

すなわち、前記減速要求が検出されたときは、通例、スロットルバルブが全閉とされると共に、ＥＧＲバルブが同時に閉鎖されるが、この場合、スロットルバルブの下流側への新たな吸気の供給は速やかに遮断されるのに、ＥＧＲバルブはＥＧＲ通路の途中に設けられていることに起因して、該ＥＧＲ弁が閉鎖されても、ＥＧＲ通路におけるＥＧＲバルブよりも吸気通路側に残留している排気ガスがその後しばらくの間筒内に供給され続け、この結果、筒内ＥＧＲ率（還流排気ガス量／（還流排気ガス量＋新気量））が急上昇し、前記所定時間の経過前に失火を招き、ショックを生じる虞があるのである。

そこで、本発明は、減速要求があった後、所定の時期に燃料供給が停止されるように構成されているエンジンにおいて、筒内ＥＧＲ率の急上昇による失火を防止可能なエンジンの制御装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、次のように構成したことを特徴とする。

まず、本願の請求項１に記載の発明は、減速要求を検出する減速要求検出手段と、該減速要求検出手段で減速要求が検出された後、所定の時期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が備えられたエンジンの制御装置であって、電動式吸気スロットルバルブと、該スロットルバルブを制御するスロットルバルブ制御手段と、排気通路から前記スロットルバルブよりも下流の吸気通路に排気ガスを還流するＥＧＲ手段と、前記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、該運転状態検出手段で検出されたエンジンの運転状態に基づいて筒内ＥＧＲ率を推定するＥＧＲ率推定手段とが備えられており、前記減速要求検出手段で減速要求が検出されたときは、前記ＥＧＲ手段は、排気ガスの還流を停止し、前記スロットルバルブ制御手段は、前記ＥＧＲ率推定手段で推定された筒内ＥＧＲ率が所定値を超えている間、前記スロットルバルブの開度を、前記減速要求が検出された時点の開度に維持することを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の発明において、変速機の変速段を検出する変速段検出手段が備えられており、前記スロットルバルブ制御手段は、前記ＥＧＲ率推定手段で推定された筒内ＥＧＲ率が所定値以下となって前記電動式吸気スロットルバルブを閉作動させる際、変速段が高速段側にあるほど該閉作動の速度を速くすることを特徴とする。

そして、請求項３に記載の発明は、前記請求項２に記載の発明において、前記電動式吸気スロットルバルブの閉作動後に、前記燃料供給停止手段により前記エンジンへの燃料供給が停止されたときに生じる燃料供給停止前後のエンジントルク差を演算するトルク差演算手段が備えられており、燃料供給停止手段は、該トルク差演算手段で演算されたエンジントルク差が所定トルク差以下となったときに、燃料供給を停止することを特徴とする。

さらに、請求項４に記載の発明は、前記請求項３に記載の発明において、所定トルク差は、前記変速段検出手段で検出された変速段が低速段側にあるほど、小さな値に設定されることを特徴とする。

次に、本発明の効果について説明する。

まず、請求項１に記載の発明によれば、減速要求が検出されたときに、即座に電動式吸気スロットルバルブが全閉状態とされるのではなく、筒内ＥＧＲ率が所定値を超えている間、前記減速要求が検出された時点の開度に維持されるので、筒内に新気が供給され続ける。この結果、減速要求後に、ＥＧＲ通路に残留している排気ガスが筒内に遅れて供給され続けたとしても、筒内ＥＧＲ率の急上昇が生じることがなく、失火の発生が確実に防止される。

ところで、前記ＥＧＲ率推定手段で推定された筒内ＥＧＲ率が所定値以下になると、前記電動式吸気スロットルバルブを閉作動させることとなるが、その閉作動速度を適切に制御しないと、この閉作動中にエンジン等の駆動系が共振を起こしてその振動が車体に伝達され、チップアウトショック（例えば車両前後方向への振動）を生じる虞がある。特に、変速段が高速段側にある場合ほど、駆動系の慣性モーメントが小さくなることに起因して駆動系の共振周波数が高くなる（共振周期が短くなる）ので、スロットルバルブを同一の速度で閉作動させたとしても該閉作動中に共振による振動が生じやすくなり、この結果、前記チップアウトショックがより生じやすくなる。

しかし、請求項２に記載の発明によれば、変速段が高速段側にあるほど、電動式吸気スロットルバルブの閉作動の速度が速くされる、すなわち高速段側においても共振が生じにくくなるように閉作動速度が制御されるので、いずれの変速段においても効果的にチップアウトショックが防止されることとなる。

ここで、燃料供給を停止すると、停止前よりもエンジントルクが低下することとなるが、そのときのトルク差が大きいと、車体にショックが発生する虞がある。

しかし、請求項３に記載の発明によれば、エンジンへの燃料供給が停止された場合に生じる燃料供給停止前後のエンジントルク差が所定トルク差以下となったときに、燃料供給が停止されるので、燃料供給の停止に伴って車体に生じるショックが防止されることとなる。

なお、この燃料供給の停止に伴うショックは、エンジントルク差が同じ場合でも、低速段側では変速機によりトルク差が増幅されることにより、一層生じやすくなる。

しかし、請求項４に記載の発明によれば、所定トルク差は、前記変速段検出手段で検出された変速段が低速段側にあるときほど、小さな値に設定されるので、どの変速段にある場合でも確実に燃料供給の停止に伴うショックを防止できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るエンジン１の全体構成を示す。このエンジン１は、複数の気筒（１つのみ図示）が直列に配置された多気筒エンジンである。クランク軸２にコネクティングロッド３で連結されたピストン４が各気筒内に燃焼室５を画成している。各燃焼室５の上部には点火プラグ６が配設されていると共に、吸気弁７及び排気弁８で開閉される吸気ポート及び排気ポートが開口している。吸気ポートは吸気通路１０に連続し、排気ポートは排気通路２０に連続している。

吸気通路１０には、上流側から順にエアクリーナ１１、吸気温センサ１２、エアフロメータ１３、吸気スロットルバルブ１４、及び吸気圧センサ１５が配設されていると共に、各気筒毎に、インジェクタ１６…１６（１気筒分のみ図示）が配設されている。吸気スロットルバルブ１４は、電動式のものであり、アクセルペダル操作とは独立した動作が可能とされている。

排気通路２０の比較的上流部と吸気通路１０の比較的下流部との間には、ＥＧＲ通路３０が配設され、該通路３０上に排気還流量を調節するＥＧＲバルブ３１、及び該ＥＧＲバルブ３１の開度を検出するＥＧＲバルブ開度センサ３２が備えられている。

クランク軸２の近傍にはエンジン回転数センサ４１が、またシリンダブロックには水温センサ４２が設けられている。車室にはアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ４３が設けられ、車軸近傍には車速センサ４４が設けられている。

このエンジン１のコントロールユニット（ＥＣＵ）５０は、前記各センサで検出される吸気温、吸気量、吸気圧、エンジン回転数、冷却水温、並びにエンジン負荷（アクセル開度）、車速等に基づいて、インジェクタ１６による燃料噴射量及び噴射時期の制御（燃料噴射制御）、及び点火プラグ６による点火時期を演算し、これに対応する制御信号をインジェクタ１６及び点火プラグ６に出力する。

また、ＥＣＵ５０は、前記各信号、及び変速段検出手段４５からの変速段信号に基づいて、吸気スロットルバルブ１４の開度θｓ、及びＥＧＲバルブ３１の開度θeを演算し、これに対応する制御信号をスロットルバルブ１４及びＥＧＲバルブ３１に出力する。なお、変速段検出手段４５は、例えば変速機のコントロールユニットであり、該ユニットからの変速段信号を入力するようにすればよい。

次いで、前記ＥＣＵ５０による制御について、図２に示すフローチャートを用いて詳しく説明する。

まず、ステップＳ１で、前記各種センサで検出されたエンジン回転数Ｎ、車速Ｓ、アクセル開度θａ、吸気圧Ａｐ、変速段Ｓｐ、ＥＧＲ弁開度θｅを入力する。

次いで、ステップＳ２で、前記エンジン回転数Ｎ、車速Ｓ、アクセル開度θａに基づいて、減速要求の有無を判定する。ここで、減速要求有り（ＹＥＳ）と判定する条件は、エンジン回転数Ｎが所定回転数以上であること、車速Ｓが所定車速以上であること、及びアクセル開度θａがゼロであること（アクセルペダルが踏み込まれていないこと）の３つの条件が成立していることであり、それ以外の場合は、減速要求無し（ＮＯ）と判定する。

そして、減速要求無しのとき（ＮＯ）は、そのままリターンし、減速要求有りのとき（ＹＥＳ）は、ステップＳ３以後の処理を行う。すなわち、ステップＳ３で、ＥＧＲバルブ３１の全閉制御を実行すると共に、ステップＳ４で、前記エンジン回転数Ｎ、吸気圧Ａｐ、ＥＧＲバルブ３１の開度θｅに基づいて、筒内に流入するまでの応答遅れを考慮した筒内ＥＧＲ率Ｅ（還流排気ガス量／（還流排気ガス量＋新気量））を演算する。

次いで、ステップＳ５では、前記ステップＳ４で演算された筒内ＥＧＲ率Ｅが、所定値Ｅｏ以下か否かを判定する。ここで、この所定値Ｅｏは、失火を生じる虞がない筒内ＥＧＲ率の最大値よりも小さい値とされている。そして、この判定において、所定値Ｅｏ以下でないとき（ＮＯ）は、ステップＳ１１で、スロットル開度θｓを、減速要求発生前の開度に維持し、リターンする。これに対し、所定値Ｅｏ以下であるとき（ＹＥＳ）は、ステップＳ６で、前記回転数Ｎ及び変速段Ｓｐを図３に示すマップに当てはめることにより、スロットルバルブ１４の閉弁速度を設定する。ここで、この閉弁速度は、この図３に示すように、エンジン回転数Ｎが低いほど速く、かつ変速段Ｓｐが高変速段側にあるほど速く設定される（図３の３本のラインはこのマップにより求められる閉弁速度の傾向を示すために表示したものであり、これらのライン以外の部分にも前記回転数Ｎ及び変速段Ｓｐに対応する値が存在している）。これは、エンジン回転数Ｎが小さいほど吸気通路１０内での吸気の移動速度が遅いので、スロットルバルブ１４を全閉状態にしても、その後しばらくの間はスロットルバルブ１４の下流側に存在する吸気が筒内に入ってくることから、できるだけ早い時期の燃料カットを実現するためには、エンジン回転数Ｎが小さいほど速く閉弁する必要があることによる。また、変速段Ｓｐが高速段側にあるほど、エンジン１及び変速機等からなる駆動系の慣性モーメントが小さくなることに起因して、駆動系の共振周波数が高くなる（共振周期が短くなる）ので、同一の速度で閉作動させたとしてもスロットルバルブ１４の閉作動中に、駆動系に共振による振動が生じて車体に伝達され、この結果、チップアウトショック（例えば車体前後方向の振動）が生じやすくなる。そこで、このチップアウトショックを回避するために、変速段Ｓｐが高変速段側にあるほど閉弁速度を速く設定するのである。

次いで、ステップＳ７で、スロットルバルブ１４を、前記ステップＳ６で求めた閉弁速度で全閉制御すると共に、ステップＳ８で、エンジン回転数Ｎ及び変速段Ｓｐに基づいて燃料供給の停止（燃料カット）によりその前後で生じるエンジントルクＴのトルク差Ｔｄを演算する。具体的には、前記のようにスロットルバルブ１４を閉じると、エンジン回転数Ｎが低下し始めることとなるが、このときのエンジン回転数Ｎの減速度を前記検出されたエンジン回転数Ｎの変化に基づいて算出すると共に、この減速度及び変速段Ｓｐを図４に示すマップに当てはめることにより、前記トルク差Ｔｄを求める（図４の３本のラインはこのマップにより求められるトルク差Ｔｄの傾向を示すために表示したものであり、これらのライン以外の部分にも前記減速度及び変速段Ｓｐに対応する値が存在している）。ここで、このエンジントルク差Ｔｄは、エンジン回転数Ｎの減速度が大きいほど大きくなる傾向があり、また、変速段Ｓｐが高速段側であるほど、エンジン１及び変速機等からなる駆動系の慣性モーメントが小さくなるので、大きくなる傾向がある。そこで、図４に示すマップは、この傾向を考慮したものとなっている。

次に、ステップＳ９で、前記ステップＳ８で演算されたエンジントルク差Ｔｄが、許容トルク差Ｔｄｏ以下であるか否かを判定する。ここで、エンジントルク差Ｔｄが同じでも、ギヤ比の関係で、変速段が変速段Ｓｐが高速段側にあるほど、変速機出力のトルク変動が少なくなるので、車体に生じるショックは小さくなる。そこで、前記許容トルク差Ｔｄｏは、図５に示すように、変速段Ｓｐが高速段側にあるほど、大きな値に設定されている。そして、前記判定に際し、許容トルク差Ｔｄｏ以下でないとき（ＮＯ）は、前記ステップＳ８に戻って、最新のエンジン回転数Ｎ及び変速段Ｓｐを読み込んだ上で、前記減速度を再度算出して、最新のエンジントルク差Ｔｄを演算し、再度ステップＳ９の判定を行う。そして、このエンジントルク差Ｔｄが許容トルク差Ｔｄｏ以下となったとき（ＹＥＳ）に、ステップＳ１０で、燃料カット制御を実行する。

ここで、上記各ステップと特許請求の範囲との対応について説明しておくと、ステップＳ２は特許請求の範囲の減速要求検出手段に該当し、ステップＳ３はＥＧＲ手段に該当し、ステップＳ４はＥＧＲ率推定手段に該当し、ステップＳ５〜Ｓ７及びＳ１１はスロットルバルブ制御手段に該当し、ステップＳ８はトルク差演算手段に該当し、ステップＳ９及びＳ１０は燃料供給停止手段に該当する。

次に、前記制御による作用について、図６に示すタイムチャートを用いて説明する。なお、実線は本実施の形態によるものを示し、点線は従来技術によるものを示す。

すなわち、車両が所定車速以上で走行し、エンジン回転数Ｎが所定回転数以上の状態で走行しているものとすると、乗員のアクセルペダル操作によりアクセル開度θａがゼロ（非踏み込み状態）となると（符号アで示すとき）、減速要求有りと判定される。

そうすると、ＥＧＲバルブ３１の全閉制御が即座に開始する。これに対し、スロットルバルブ１４の全閉制御は、従来のように即座に開始することはなく、筒内ＥＧＲ率の予測値Ｅが所定値Ｅｏ以下となるまでの間は、スロットル開度θｓが、減速要求ありと判定された時点の開度θｓｏに維持され、該ＥＧＲ率Ｅが所定値Ｅｏ以下となったとき（符号イで示すとき）に初めて全閉制御が開始する。

これによれば、減速要求有りと判定された後、筒内ＥＧＲ率の予測値Ｅが所定値Ｅｏ以下となるまでの間は、筒内に新気が供給され続けることとなるので、減速要求判定後、ＥＧＲ通路３０におけるＥＧＲバルブ３１よりも下流側に残留している排気ガスが筒内に遅れて供給され続けたとしても、従来のように実筒内ＥＧＲ率の急上昇が生じることがなく、失火の発生が確実に防止される。

その場合に、前記スロットルバルブ１４の全閉速度は、前述したように、エンジン回転数Ｎの減速度及び変速段Ｓｐに応じた速度に設定されると共に、変速段が、エンジン１等の駆動系が共振を起こしやすい高速段側の場合ほど速くされる。これによれば、この全閉制御中に、変速段Ｓｐがいずれの変速段にある場合でもエンジン等の駆動系が共振を生じにくくなり、この結果、チップアウトショックも防止されることとなる。

そして、前記のようにスロットルバルブ１４の全閉制御が開始すると、エンジントルクＴがこれに対応して低下し始める。また、このスロットルバルブ１４の全閉制御の開始と同時に、燃料カット前後で生じるエンジントルクＴのトルク差Ｔｄの演算がエンジン回転数Ｎ及び現在の変速段Ｓｐに基づいて開始する。そして、このトルク差Ｔｄが許容トルク差Ｔｄｏ（所定トルク差）となると（符号ウで示すとき）、エンジン１への燃料供給が停止される。

これによれば、燃料カットの前後で生じるエンジントルクＴのトルク差Ｔｄが許容トルク差Ｔｄｏ以下となったときに、燃料供給が停止されるので、燃料カット（燃料供給の停止）に伴って車体に生じるショックが防止されることとなる。その場合に、この燃料カットに伴うショックは、トルク差Ｔｄが同じ場合でも、変速段が低速段側にあるほど生じやすいが、本実施の形態によれば、許容トルク差Ｔｄｏは、変速段Ｓｐが低速段側にあるときほど、小さな値に設定されるので、いずれの変速段にある場合でも確実に燃料カットに伴うショックを防止することができる。

なお、前記実施の形態においては、吸気通路１０に燃焼を噴射するエンジン１について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば筒内噴射エンジンにも適用可能である。

本発明は、減速要求の発生時に燃料供給の停止を行い、かつ排気通路から吸気通路に排気ガスを還流するように構成されたエンジンに広く適用することができる。

本発明の実施の形態に係るエンジンの構成図である。本エンジンの制御のフローチャートの一例である。スロットルバルブの閉弁速度の設定に際して用いられるマップである。燃料カットの前後で生じるエンジントルク差の演算に用いられるマップである。許容トルク差の変速段に対する特性図である。本制御の作用の一例を示すタイムチャートである。

符号の説明

１エンジン
１０吸気通路
１４電動式吸気スロットルバルブ
２０排気通路
３０ＥＧＲ通路（ＥＧＲ手段）
３１ＥＧＲバルブ（ＥＧＲ手段）
４１エンジン回転数センサ（運転状態検出手段）
４５変速段検出手段
５０エンジンコントロールユニット（減速要求検出手段、燃料供給停止手段、スロットルバルブ制御手段、ＥＧＲ率推定手段、トルク差演算手段）

Claims

減速要求を検出する減速要求検出手段と、該減速要求検出手段で減速要求が検出された後、所定の時期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が備えられたエンジンの制御装置であって、
電動式吸気スロットルバルブと、
該スロットルバルブを制御するスロットルバルブ制御手段と、
排気通路から前記スロットルバルブよりも下流の吸気通路に排気ガスを還流するＥＧＲ手段と、
前記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、
該運転状態検出手段で検出されたエンジンの運転状態に基づいて筒内ＥＧＲ率を推定するＥＧＲ率推定手段とが備えられており、
前記減速要求検出手段で減速要求が検出されたときは、前記ＥＧＲ手段は、排気ガスの還流を停止し、前記スロットルバルブ制御手段は、前記ＥＧＲ率推定手段で推定された筒内ＥＧＲ率が所定値を超えている間、前記スロットルバルブの開度を、前記減速要求が検出された時点の開度に維持することを特徴とするエンジンの制御装置。
請求項１に記載のエンジンの制御装置であって、
変速機の変速段を検出する変速段検出手段が備えられており、
前記スロットルバルブ制御手段は、前記ＥＧＲ率推定手段で推定された筒内ＥＧＲ率が所定値以下となって前記電動式吸気スロットルバルブを閉作動させる際、変速段が高速段側にあるほど該閉作動の速度を速くすることを特徴とするエンジンの制御装置。
請求項２に記載のエンジンの制御装置であって、
前記電動式吸気スロットルバルブの閉作動後に、前記燃料供給停止手段により前記エンジンへの燃料供給が停止されたときに生じる燃料供給停止前後のエンジントルク差を演算するトルク差演算手段が備えられており、
燃料供給停止手段は、該トルク差演算手段で演算されたエンジントルク差が所定トルク差以下となったときに、燃料供給を停止することを特徴とするエンジンの制御装置。
請求項３に記載のエンジンの制御装置であって、
所定トルク差は、前記変速段検出手段で検出された変速段が低速段側にあるほど、小さな値に設定されることを特徴とするエンジンの制御装置。