JP4872664B2 - エンジン制御装置 - Google Patents

Description

本発明はエンジン制御装置に関し、特に、クラッチを解放して変速する際にエンジンの回転速度をクラッチの出力回転速度に同期させるエンジン制御装置に関する。

変速時にクラッチが解放されると、クラッチの入力回転速度はエンジンの回転速度に応じて変化し、クラッチの出力回転速度は車速、変速機の変速比に応じて変化する。このため、変速機の変速比を変更した後にそのままクラッチを締結すると回転速度差により変速ショックが生じる。

変速ショックを低減するにはエンジンの回転速度をクラッチの出力回転速度と同期させる必要があり、特許文献１では、クラッチが解放（切断）されるとエンジンの回転速度がダウンシフト後の目標回転速度となるようにスロットル開度を制御する回転速度フィードバック制御を行うことで変速ショックを抑えている。
特開２００６−１１２２４８公報

特許文献１では、エンジンの回転速度と目標回転速度の偏差が所定値よりも小さくなったところでエンジンのリタード制御を開始している。これは、スロットル開度を制御するだけでは応答遅れによってエンジンの回転速度がオーバーシュートやハンチングを起こし、目標回転速度に収束させるのが難しいためで、応答性の高いリタード制御を併用することで目標回転速度への収束性を高めている。

しかしながら、この構成では、エンジンの回転速度と目標回転速度の偏差が所定値よりも小さくなると変速終了までリタード制御が継続するため、何らかの原因で変速が終了しない場合、例えば、自動変速機搭載車両において変速機油圧回路の動作不良があった場合や手動変速機搭載車両において運転者によるクラッチ操作の遅れがあった場合には、リタード制御が継続することによってエンジンの排気温度が上昇し、触媒の温度が上昇して触媒を劣化させる可能性がある。

変速途中で回転速度同期制御を中断すればリタード制御も中断され、触媒を保護することができるが、この場合、エンジンの回転速度が目標回転速度に一致せず、変速ショックが発生する可能性がある。

本発明は、このような従来技術の技術的課題を鑑みてなされたもので、触媒を保護しつつ回転速度同期制御を行い、変速ショックを低減することを目的とする。

本発明にかかるエンジン制御装置においては、クラッチを解放した後、エンジンの回転速度がクラッチの出力回転速度と同期するようにエンジンの目標回転速度を設定し、エンジンの回転速度が目標回転速度となるようにエンジンのスロットル開度を制御する回転速度フィードバック制御を行い、エンジンの回転速度と目標回転速度との偏差が所定値よりも小さくなったらエンジンの点火時期のリタード制御を行う。そして、クラッチが締結される前であっても触媒の温度の上昇により触媒が劣化する可能性がある場合はリタード制御を停止し、フィードバック制御のゲインを減少させる。

本発明によれば、クラッチが解放されたまま変速がなかなか終わらない場合であっても、リタード制御が長時間継続することがなく、触媒の温度が上昇して触媒が劣化するのを抑えることができる。また、停止されるのはリタード制御のみで、スロットル制御による回転速度フィードバック制御は継続されるので、変速終了時にエンジン回転速度と目標回転速度の間に大きなずれが生じて変速ショックが生じるのを抑えることができる。
また、リタード制御を停止したらフィードバック制御のゲインを減少させるので、リタード制御を停止することによる回転速度のハンチングを抑えることができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

図１は本発明に係るエンジン制御装置（エンジンコントローラ１）を備えた車両の概略構成を示している。

エンジン２の吸気通路３にはスロットル弁４が設けられている。スロットル弁４はアクセルペダル５の位置から独立して開度を制御することができる電子制御式のスロットル弁である。スロットル弁４には開度を制御するためのスロットルアクチュエータ６が取り付けられている。また、エンジン２の排気通路８には排気を浄化するための触媒９（例えば三元触媒）が設けられている。

エンジン２にはエンジン回転速度Ｎｅを検出するエンジン回転速度センサ１０、冷却水温Ｔｗを検出する冷却水温センサ１１が取り付けられている。アクセルペダル５にはアクセルペダル位置ＡＰＰを検出するアクセルペダル位置センサ１２、スロットル弁４にはスロットル開度ＴＶＯを検出するスロットル開度センサ１３、触媒９には触媒温度Ｔｃａｔを検出する触媒温度センサ１４が取り付けられている。

エンジン２の出力回転は変速機１５で変速されて変速機出力軸に伝達され、図示しない駆動輪へと伝達される。エンジン出力軸と変速機入力軸との間には、クラッチペダル１７の操作に応じて締結、解放（切断）するクラッチ１８が介装されている。変速機１５は、運転者によるシフトレバー１９の操作に応じてギヤ位置を切り換えることができる有段の手動変速機、例えば、前進６速、後進１速の手動変速機である。変速機出力軸には変速機１５の出力回転から車速を検出する車速センサ２０、クラッチペダル１７にはクラッチペダル１７の踏込み量が所定踏込み量よりも大きいときＯＮ信号、小さいときにＯＦＦ信号を出力するクラッチペダルスイッチ２１（ＯＮ／ＯＦＦの特性は逆でもよい）、シフトレバー１９には運転者によるシフトレバー１９の操作方向（シフト操作）を検出するシフト操作センサ２２が取り付けられている。所定踏込み量は、クラッチ１８が確実に解放されたことを判断できるように、通常、クラッチ切断位置よりも大きな踏込み量が設定される。

各種センサの検出値はエンジンコントローラ１に入力される。エンジンコントローラ１は入力された検出値に基づいてエンジン２の燃料噴射制御、点火時期制御を行う。

また、エンジンコントローラ１は、クラッチペダル１７が踏み込まれてクラッチ１８が解放され、変速機１５の変速が行われるときには、エンジン２の回転速度Ｎｅをクラッチ１８の出力回転速度に同期させる回転速度同期制御を行い、クラッチ１８を再締結して変速を終了するときの変速ショックを抑える。

図２はエンジンコントローラ１の回転速度同期制御に関する部分の制御ブロック図である。

エンジンコントローラ１は、運転者のシフト操作から次のギヤ位置（目標ギヤ位置）を算出し（Ｂ１）、変速機１５の現在のギヤ位置を目標ギヤ位置に変更した場合のクラッチ１８の出力回転速度（＝車速ＶＳＰと目標ギヤ位置に応じて決まる変速機１５の入力回転速度）をエンジン２の目標回転速度ｔＮｅとして算出し（Ｂ２）、回転速度同期制御が許可されている場合にはエンジン２の回転速度Ｎｅが目標回転速度ｔＮｅになるようにスロットルアクチュエータ６を介してスロットル開度ＴＶＯを制御する回転速度フィードバック制御を行う（Ｂ３）。回転速度同期制御は、クラッチペダルスイッチ２１がＯＮになっているとき、すなわち、クラッチペダル１７が踏み込まれてクラッチ１８が解放されている間許可される（Ｂ４）。

回転速度フィードバック制御においては、エンジンコントローラ１は、エンジン２の回転速度Ｎｅを目標回転速度ｔＮｅに一致させるために必要なエンジントルク（回転速度同期制御要求トルク）をエンジン２の回転速度Ｎｅと目標回転速度ｔＮｅの偏差に基づき、例えばＰＩ演算（比例積分演算）によって算出し、この回転速度同期制御要求トルクが実現されるようスロットルアクチュエータ６によってスロットル開度ＴＶＯを制御（スロットル制御）する。

このとき、スロットル制御のみではエンジン２の回転速度Ｎｅがオーバーシュートしたり、また、目標回転速度ｔＮｅに近づいたあともスロットルアクチュエータ６の応答遅れやエンジン２に導入される吸気の遅れによりハンチングが生じうることから、エンジンコントローラ１は、エンジン２の回転速度Ｎｅと目標回転速度ｔＮｅの偏差が所定値ΔＮよりも小さくなったところで、エンジン２の点火装置により点火時期を遅らせるリタード制御を併せて行う（Ｂ５）。所定値ΔＮは、例えば、２００〜３００ｒｐｍに設定される。エンジン２の点火時期を遅らせることにより、速やかにエンジン２のトルクを下げて回転速度Ｎｅを下げることができるので、スロットル制御と併用すれば、エンジン２の回転速度Ｎｅを速やかに目標回転速度ｔＮｅに収束させることができる。

さらに、運転者がクラッチペダル１７を踏み込んだまま走行する場合のように変速がなかなか終了しないと、リタード制御が継続することでエンジン２の排気温度が上昇し、触媒温度Ｔｃａｔが上昇して触媒９が劣化する可能性がある。そこで、エンジンコントローラ１は、リタード制御を開始してからの経過時間をリタード制御許可タイマＴＭｒｔｄを用いて監視し、経過時間が所定時間を超える場合には触媒温度Ｔｃａｔが所定の上限温度（＝耐熱温度−余裕代）に到達して触媒９が劣化する可能性があると判断してリタード制御を終了する。所定時間は高負荷運転時等で触媒温度が高くなっている状況でリタード制御を継続して行っても触媒温度Ｔｃａｔが所定の上限温度を超えない時間に設定され、例えば1秒程度の時間に設定される。

また、リタード制御を終了し、スロットル制御のみになると、上記回転速度のハンチングが生じうるので、回転速度フィードバック制御のフィードバックゲイン（ＰＩ演算の場合は比例ゲイン、積分ゲイン）をより小さな値に変更し、回転速度のハンチングを抑える。

図３はエンジンコントローラ１が行う回転速度同期制御の詳細を示したフローチャートである。これを参照しながら、回転速度同期制御についてさらに説明する。

ステップＳ１１ではクラッチペダルスイッチ２１がＯＮになっているか判断する。ＯＮになっている場合は回転速度同期制御を許可し、ステップＳ１２以降に進む。

ステップＳ１２では目標ギヤ位置を算出する。目標ギヤ位置は現在のギヤ位置とシフト操作センサ２２で検出されるシフトレバー１９の操作方向（シフト操作）に基づき算出する。

ステップＳ１３ではリタード制御が許可されているか判断する。回転速度同期制御開始時はリタード制御を許可するよう初期設定されており、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４ではエンジン２の回転速度Ｎｅと目標回転速度ｔＮｅとの偏差に基づき、エンジン２の回転速度Ｎｅが目標回転速度ｔＮｅに近づくようスロットル開度ＴＶＯを制御する回転速度フィードバック制御を実行する。目標回転速度ｔＮｅは、車速ＶＳＰと目標ギヤ位置に応じて決まるクラッチ１８の出力回転速度に設定される。このときのフィードバックゲインは高ゲインに設定され、エンジン２の回転速度Ｎｅは速やかに目標回転速度ｔＮｅに近づけられる。

ステップＳ１５ではエンジン２の回転速度Ｎｅと目標回転速度ｔＮｅの偏差が所定値ΔＮよりも小さくなったか判断する。所定値ΔＮは上記の通り２００〜３００ｒｐｍに設定される。偏差が所定値ΔＮよりも小さくなった場合はリタード制御を許可し、ステップＳ１６に進む。一方、エンジン２の回転速度Ｎｅと目標回転速度ｔＮｅの偏差が所定値ΔＮよりも大きい場合は、ステップＳ１１に戻り、スロットル制御による回転速度フィードバック制御のみを継続する。

ステップＳ１６ではエンジン２の点火時期リタードを実行する。これによりエンジン２の回転速度Ｎｅが目標回転速度ｔＮｅを超えないようエンジン２の点火時期が遅らされ、エンジン２の回転速度を目標回転速度に速やかに収束させる。

ステップＳ１７では点火時期リタードを開始してからの経過時間を計測するために、リタード制御許可タイマＴＭｒｔｄをカウントダウンする。

ステップＳ１８ではリタード制御許可タイマＴＭｒｔｄがゼロよりも小さくなったか、すなわち、点火時期リタードを開始してから所定時間が経過したかを判断し、所定時間を経過している場合は触媒温度Ｔｃａｔの上昇により触媒９が劣化する可能性があると判断してステップＳ１９に進み、リタード制御を禁止し停止する。リタード制御許可タイマＴＭｒｔｄは上記の通り所定時間が１秒程度になるように設定される。

リタード制御が禁止されるとステップＳ１３からステップＳ２０に進み、回転速度フィードバック制御のフィードバックゲインがステップＳ１４で設定される値よりも小さな低ゲインに変更される。これにより、リタード制御を停止することによる回転速度のハンチングを抑える。

その後、クラッチペダルスイッチ２１がＯＦＦになるとステップＳ１１からステップＳ２１に抜けて終了処理を行う。終了処理では、回転速度同期制御を終了し、次回回転速度同期制御実行時のリタード制御を許可し、リタード制御許可タイマＴＭｒｔｄを初期値にリセットする。

図４は上記回転速度同期制御が行われるときの様子を示したタイムチャートである。

時刻ｔ１でクラッチペダルスイッチ２１がＯＮになると回転速度同期制御が許可され、エンジン２の回転速度Ｎｅが目標ギヤ位置に応じて決まる目標回転速度ｔＮｅにフィードバック制御される。この時点ではシフト操作が行われていないため、目標ギヤ位置に変化は無く３速のままである。

時刻ｔ２でシフトレバー１９が操作され、目標ギヤ位置が３速から２速に変化すると、目標回転速度ｔＮｅが増大し、エンジン２の回転速度Ｎｅもこれに併せて増大する。このときフィードバックゲインは高ゲインに設定されており、スロットル開度ＴＶＯが速やかに増大されてエンジントルクが増大し、エンジン回転速度Ｎｅが目標回転速度ｔＮｅに向けて上昇する。

エンジン２の回転速度Ｎｅと目標回転速度ｔＮｅとの偏差が所定値ΔＮよりも小さくなるとリタード制御が開始され（時刻ｔ３）、目標回転速度ｔＮｅへの収束性が高められる。また、リタード制御の開始と同時にリタード制御許可タイマＴＭｒｔｄのカウントダウンを開始する。

時刻ｔ４でリタード制御許可タイマＴＭｒｔｄがゼロになり、リタード制御の開始から所定時間が経過すると、触媒温度Ｔｃａｔの上昇により触媒９が劣化する可能性があるので、リタード制御が禁止され停止される。時刻ｔ４ではクラッチ１８はまだ解放されており変速は完了していないが、リタード制御を停止することで触媒９の劣化を防止する。また、このときフィードバックゲインが高ゲインから低ゲインに切り換えられ、リタード制御を停止することによる回転速度のハンチングを抑える。

時刻ｔ５でクラッチペダルスイッチ２１がＯＦＦになると回転速度同期制御が終了する。この時点ではエンジン２の回転速度Ｎｅは目標回転速度ｔＮｅ、すなわち目標ギヤ位置と車速ＶＳＰに応じて決まる変速機入力軸の回転速度とほぼ一致しており、クラッチ１８締結時の変速ショックは抑えられる。

続いて本発明による作用効果について説明する。

本発明にかかるエンジン制御装置（エンジンコントローラ１）は、クラッチ１８を解放した後、エンジン２の回転速度Ｎｅがクラッチ１８の出力回転速度と同期するようにエンジン２の目標回転速度ｔＮｅを設定し、エンジン２の回転速度Ｎｅが目標回転速度ｔＮｅとなるようにエンジン２のスロットル開度を制御する回転速度フィードバック制御を行う。エンジン２の回転速度Ｎｅと目標回転速度ｔＮｅの偏差が所定値ΔＮよりも小さくなったらエンジン２の点火時期のリタード制御を行うが、クラッチ１８が締結される前であっても触媒温度Ｔｃａｔの上昇により触媒９が劣化する可能性がある場合はリタード制御を停止する。

したがって、本発明によれば、運転者がクラッチペダル１７を踏み込んだまま走行する等、変速がなかなか終わらない場合であっても、リタード制御が長時間継続することがなく、触媒温度Ｔｃａｔが上昇して触媒９が劣化するのを抑えることができる。また、停止されるのはリタード制御のみで、スロットル制御による回転速度フィードバック制御は継続されるので、変速終了時にエンジン回転速度Ｎｅと目標回転速度ｔＮｅの間に大きなずれが生じて変速ショックが生じるのを抑えることができる。触媒温度Ｔｃａｔの上昇により触媒９が劣化することの可能性は、例えば、リタード制御を開始してからの経過時間が所定時間になったことをもって判断する。

なお、この実施形態では所定時間を一定値に設定しているが、変速開始時のエンジン２の運転状態や触媒温度Ｔｃａｔ、変速前後のギヤ位置に応じて決まる変速前後のエンジン２の回転速度変化量（＝｜変速開始時のエンジン２の回転速度Ｎｅ−目標回転速度ｔＮｅ｜）に応じて可変にしてもよい。例えば、変速前後のエンジン２の回転速度変化量が大きいほど目標回転速度ｔＮｅに収束させるのに時間を要することから、所定時間をより長く設定するようにすれば、変速前後のエンジン２の回転速度変化量が大きい場合であっても目標回転速度ｔＮｅに収束させることができ、変速ショックを抑えて良好な変速フィーリングを得ることができる。

本発明は、上記実施形態のように、運転者の運転操作によって変速ショックが生じやすい手動変速機を搭載した車両のエンジン制御装置に適用するのが好適である。この場合、クラッチ１８の解放はクラッチペダル１７に設けられたクラッチペダルスイッチ２１で検出する。ただし、本発明は手動変速機を搭載した車両のエンジン制御装置に限定されるものではなく、自動変速機を搭載した車両のエンジン制御装置にも適用することができる。この場合、クラッチ１８は変速機内に設けられ、変速時にエンジン２から入力される回転を遮断するクラッチ（このようなクラッチも、「エンジンと変速機との接続を切断するクラッチ」に含まれるとする）であり、変速機油圧回路の動作不良によってクラッチの締結が遅れた場合等にリタード制御が長時間続いて触媒９が劣化するのを抑えることができる。

また、リタード制御を停止した場合、スロットル制御のみでは回転速度のハンチングが生じうるが、上記実施形態のように、リタード制御を停止したら回転速度フィードバック制御のフィードバックゲインを高ゲインから低ゲインに減少させるようにすれば、リタード制御停止後のハンチングを効果的に抑えることができる。

続いて本発明の第２の実施形態について説明する。

第２の実施形態は第１の実施形態と点火時期リタードを禁止する条件のみが異なり、その他は同じである。したがって、以下の説明では第１の実施形態と異なる構成を中心に説明する。

図５はエンジンコントローラ１が行う回転速度同期制御の内容を示したフローチャートで、第１の実施形態と異なる部分を破線で囲んである。第２の実施形態では点火時期のリタード制御の開始からの経過時間を計測する代わりに、ステップＳ２５で触媒温度Ｔｃａｔを読み込み、ステップＳ２６で触媒温度Ｔｃａｔが所定の上限温度（＝触媒の耐熱温度−余裕代）を超える場合には触媒９が劣化する可能性があると判断し、ステップＳ１９に進んでリタード制御を禁止するようにしている。

この第２の実施形態によっても第１の実施形態と同様にリタード制御が継続されることによる触媒９の劣化を防止することができる。第１の実施形態では、回転速度同期制御開始時の触媒温度Ｔｃａｔが上限温度から見て十分に余裕がある場合であってもリタード制御が所定時間継続すればリタード制御を禁止し停止していたが、第２の実施形態では、触媒温度Ｔｃａｔが上限温度に達するまでリタード制御を継続し、目標回転速度ｔＮｅへの高い収束性をより長い期間維持することができる。

なお、ここでは触媒温度Ｔｃａｔを触媒温度センサ１４によって検出しているが、触媒温度Ｔｃａｔはエンジン２の運転状態から排気温度を推定し、排気から触媒９が受け取る熱量、触媒９内部での反応熱、触媒９から排気管、外気へ流出する熱量等に基づき触媒温度Ｔｃａｔを推定するようにしても構わない。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

本発明に係るエンジン制御装置（エンジンコントローラ）を備えた車両の概略構成図である。 エンジンコントローラの回転速度同期制御に関する部分の制御ブロック図である。 エンジンコントローラが行う回転速度同期制御の内容を示したフローチャートである。 回転速度同期制御が行われるときの様子を示したタイムチャートである。 本発明の第２の実施形態を示す。

符号の説明

１ エンジンコントローラ（エンジン制御装置）
２ エンジン
４ スロットル弁
５ アクセルペダル
６ スロットルアクチュエータ
９ 触媒
１０ エンジン回転速度センサ
１２ アクセルペダル位置センサ
１４ 触媒温度センサ
１３ スロットル開度センサ
１５ 変速機
１７ クラッチペダル
１８ クラッチ
１９ シフトレバー
２０ 車速センサ
２１ クラッチペダルスイッチ
２２ シフト操作センサ

Claims (4)

1. エンジンと、前記エンジンに接続される変速機と、前記エンジンと前記変速機の間あるいは前記変速機内に設けられ、前記変速機の変速時に解放されて前記エンジンと前記変速機との接続を切断するクラッチと、前記エンジンの排気通路に設けられた触媒と、を備えた車両のエンジン制御装置において、
   前記クラッチを解放した後、前記エンジンの回転速度が前記クラッチの出力回転速度と同期するように前記エンジンの目標回転速度を設定し、前記エンジンの回転速度が前記目標回転速度となるように前記エンジンのスロットル開度を制御する回転速度フィードバック制御手段と、
   前記エンジンの回転速度と前記目標回転速度との偏差が所定値よりも小さくなったら前記エンジンの点火時期のリタード制御を行うリタード制御手段と、
   前記クラッチが締結される前であっても前記触媒の温度の上昇により前記触媒が劣化する可能性がある場合は前記リタード制御を停止するリタード制御停止手段と、
   を備え、
   前記リタード制御を停止したら前記フィードバック制御のゲインを減少させることを特徴とするエンジン制御装置。
2. 前記リタード制御停止手段は、前記リタード制御を開始してから所定時間が経過した場合に前記リタード制御を停止することを特徴とする請求項１に記載のエンジン制御装置。
3. 前記リタード制御停止手段は、前記触媒の温度が所定の上限温度に達した場合に前記リタード制御を停止することを特徴とする請求項１に記載のエンジン制御装置。
4. 前記変速機は手動変速機であり、前記クラッチは前記エンジンと前記変速機の間に介装されるクラッチであり、前記クラッチの解放を、クラッチペダルに設けられ、前記クラッチペダルの操作量が所定の操作量以上でＯＮ又はＯＦＦになるスイッチで検出することを特徴とする請求項１から３のいずれかひとつに記載のエンジン制御装置。