JP6146973B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、クランクシャフトを回転駆動する機能とクランクシャフトから駆動力の伝達を受けて発電する機能とを両備するモータジェネレータが付随した内燃機関を制御する制御装置に関する。

車両等に搭載される内燃機関では、その運転状況に応じて燃料噴射を一時的に停止する燃料カットを行うことが知られている。通常、アクセルペダルの踏込量が０または０に近い閾値以下となり、かつエンジン回転数が燃料カット許可回転数以上あるときに、燃料カット条件が成立したものとして燃料カットを開始する。そして、アクセルペダルの踏込量が閾値を上回った、エンジン回転数が燃料カット復帰回転数まで低下した等の何れかの燃料カット終了条件が成立したときに、燃料カットを終了、燃料噴射を再開する。

スロットルバルブが大きく開かれている、即ち内燃機関の出力が比較的大きい段階で、急に燃料供給を遮断すると、機関の出力トルク（ひいては、エンジン回転数、車速）がステップ的に低落するトルクショックが発生し、運転者を含む搭乗者に衝撃を感じさせる。

そのようなトルクショックを軽減するべく、従来より、燃料カット条件が成立しても即座に燃料噴射を停止はせず、遅延時間の経過を待ってから燃料噴射を停止するようにしている（例えば、下記特許文献を参照）。

特開平１０−０３０４７７号公報

現状では、燃料カット条件が成立した後、燃料カットを開始する前に、必ず一定の遅延時間をおいている。言うまでもなく、この遅延期間中も燃料噴射及び燃焼は継続されており、不必要に長い遅延時間は実効燃費の悪化につながる。

本発明は、上述の点に初めて着目してなされたものであり、燃料カットの際のトルクショックを抑制してドライバビリティを維持しながらも、燃費の一層の改善を図ることを所期の目的としている。

本発明では、クランクシャフトを回転駆動する機能とクランクシャフトから駆動力の伝達を受けて発電する機能とを両備するモータジェネレータが付随した内燃機関を制御するものであって、所定の燃料カット条件が成立した場合に気筒への燃料供給を一時停止する燃料カットを行うこととし、燃料カット条件成立後の内燃機関の出力トルクを推算するとともに、同時期に気筒への燃料供給を遮断した状態でモータジェネレータにより同等の回転速度で内燃機関を回転させると仮定した場合におけるモータジェネレータの出力トルクをそのときのエンジン回転数並びにモータジェネレータへの印加電圧若しくは印加電流を基に推算し、前者の内燃機関の出力トルクが後者のモータジェネレータの出力トルクを上回るとき、気筒への燃料供給を遮断しかつモータジェネレータにより内燃機関を回転させて、モータジェネレータの出力トルクを徐々に減衰させる一方、前者の内燃機関の出力トルクが後者のモータジェネレータの出力トルクを上回らないときは、気筒への燃料供給を継続しかつモータジェネレータにより内燃機関を回転させない内燃機関の制御装置を構成した。

内燃機関による駆動からモータジェネレータによる駆動へと切り換えた際の違和感を抑えるには、気筒への燃料供給の遮断及びモータジェネレータによる内燃機関の回転駆動を開始する直前の内燃機関の出力トルクの減衰の速さに応じて、気筒への燃料供給の遮断及びモータジェネレータによる内燃機関の回転駆動を開始した後のモータジェネレータの出力トルクの減衰の速さを決定することが好ましい。

本発明によれば、燃料カットの際のトルクショックを抑制してドライバビリティを維持しながら、燃費の一層の改善を図ることができる。

本発明の一実施形態における内燃機関の概略構成を示す図。 同実施形態における内燃機関及びモータジェネレータの関係を模式的に示す図。 同実施形態の制御装置が実施する処理の手順例を示すフロー図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関１００の概要を示す。

本実施形態における内燃機関１００は、火花点火式ガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。加えて、吸気通路３における、スロットルバルブ３２の上流側と下流側とを短絡するバイパス流路３５には、当該流路３５の開度を調節するためのアイドルスピードコントロールバルブ３６を設けてある。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

本実施形態における内燃機関１００には、モータジェネレータ１１０が付随している。モータジェネレータ１１０は、内燃機関１００のクランクシャフト１０を回転駆動するスタータ、セルモータまたはアシストモータとしての機能と、クランクシャフト１０から駆動力の伝達を受けて発電するオルタネータとしての機能とを両備する。クランクシャフト１０を回転駆動する場合には、モータジェネレータ１１０は車載のバッテリ（図示せず）から電力の供給を受ける。翻って、クランクシャフト１０により回転駆動されて発電する場合には、その発電した電力を同バッテリに充電することができる。

図２示すように、モータジェネレータ１１０は内燃機関１００の一方側に設置し、その反対側にトランスミッション１２０を設置している。また、モータジェネレータ１１０と同じ側の外側壁に、エアコンディショナの冷媒圧縮用のコンプレッサ１３０が存在する。なお、この車両は、ハイブリッド車両であることがある。

モータジェネレータ１１０は、例えばインナーロータ方式のもので、永久磁石を有するロータと、ロータの外周面に対向するコイルを有するステータとを要素としてなる。ロータは、ロータ軸１１２の外周に固着している。ロータ軸１１２の一端側と、内燃機関１００のクランクシャフト１０との間には、モータクラッチ１１１が介在する。ロータ軸１１２の他端側には、プーリ１１３が固着しており、クランクシャフト１０とモータジェネレータ１１０との間で回転駆動力を伝達する媒介となるベルト１１４がこのプーリ１１３に巻き掛けられる。

コンプレッサ１３０と、このコンプレッサ１３０の入力軸１３２の一端側との間には、マグネットクラッチ１３１が介在する。出力軸１３２の他端側には、プーリ１３３が固着している。ベルト１１４は、このプーリ１３３にも巻き掛けられる。また、ベルト１１４は、コンプレッサ１３０以外の補機である潤滑油ポンプや冷却水ポンプなどにも駆動力を伝達することがある。

本実施形態の内燃機関１００の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。

入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフト１０の回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号（Ｎ信号）ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（運転者が要求する機関出力、いわば要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、シフトレバーのレンジを知得するためのセンサ（シフトポジションスイッチ）から出力されるシフトレンジ信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、機関１００の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号（Ｇ信号）ｇ、車載のバッテリの充電状態を示すバッテリ電圧、バッテリ電流及びバッテリ温度を検出するセンサから出力されるバッテリ信号ｈ等が入力される。

出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、アイドルスピードコントロールバルブ３６に対して開度操作信号ｋ、モータジェネレータ１１０（の制御回路）に対してこれを制御するための制御信号ｌ等を出力する。制御信号ｌは、モータジェネレータ１１０をモータとして作動させるか、オルタネータとして作動させるかを指令するとともに、モータとして作動させる場合にモータジェネレータ１１０に対して印加する電圧（または、電流）の大きさや、オルタネータとして作動させる場合にモータジェネレータ１１０から出力させる電圧（または、電流）の大きさを制御する信号となる。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関１００の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関１００の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミングといった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌを出力インタフェースを介して印加する。

本実施形態のＥＣＵ０は、運転状況に応じてインジェクタ１１からの燃料噴射（及び、点火プラグ１２による点火）を一時的に停止する燃料カットを実行する。通常、アクセルペダルの踏込量が０または０に近い閾値以下となり、かつエンジン回転数が燃料カット許可回転数以上あるときに、燃料カット条件が成立したものとする。

但し、本実施形態では、燃焼カット条件の成立に伴い即座に気筒１への燃料噴射を停止するのではなく、燃料カット条件成立後の機関１００の出力トルクを推算し、なおかつ同じ時期にモータジェネレータ１１０により同等の回転速度で内燃機関１００のクランクシャフト１０を回転させるために必要となるモータジェネレータ１１０の出力トルクとを推算して、前者の出力トルクと後者の出力トルクとの比較を通じて燃料噴射を停止する時点、即ち燃料カットの開始時点を決定するものとしている。

燃料カット条件成立後、燃料カット開始前の時期における機関１００の出力トルクは、そのときのエンジン回転数及び負荷率（または、吸気圧、気筒１に充填される吸気量若しくは燃料噴射量）を基に推算する。負荷率とは、内燃機関１００が最大トルクを出力している運転状態である全負荷に対する、現在の出力トルクの割合の意である。機関１００の出力トルクの算定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。なお、燃料カット条件が成立している場合、スロットルバルブ３２の開度は０または０に近くなっており、気筒１に充填される吸気量及び燃料噴射量も顕著に減少する。

燃料カット条件成立後、燃料カット開始前の時期における、想定されるモータジェネレータ１１０の出力トルクは、そのときのエンジン回転数及びモータジェネレータ１１０への印加電圧（または、印加電流）を基に推算する。モータジェネレータ１１０の出力トルクの算定手法自体も、既知のものを採用することが可能である。

図３に、本実施形態のＥＣＵ０が燃料カットに際して実行する処理の手順を示す。燃料カット条件が成立したとき（ステップＳ１）、ＥＣＵ０は、現在のエンジン回転数及び負荷率等を基に内燃機関１００の出力トルクを推算し（ステップＳ２）、かつ現在のエンジン回転数及びバッテリ電圧等を基に想定されるモータジェネレータ１１０の出力トルクを推算する（ステップＳ３）。そして、前者の内燃機関１００の出力トルクと、後者のモータジェネレータ１１０の出力トルクとを比較する（ステップＳ４）。

ステップＳ２にて演算した内燃機関１００の出力トルクが、ステップＳ３にて演算した後者のモータジェネレータ１１０の出力トルク以下である場合には、原則として、気筒１に燃料を噴射してこれを燃焼させる運転を維持する（ステップＳ１０）。ステップＳ５では、燃料カット条件が成立していない平常の運転時と比較して点火時期を遅角させ、内燃機関１００の出力トルクを低下させる。

しかし、ステップＳ２にて演算した内燃機関１００の出力トルクが、既に許容トルク以下まで低下している場合には（ステップＳ１１）、燃料カットを開始してもトルクショックが十分に小さいと考えられるので、燃料噴射（及び、点火）を停止する（ステップＳ１２）。

許容トルクは、運転者または搭乗者に衝撃を感じさせないような車速の減速度に相当するトルクの低下量；
トルク低下量＝許容減速度×（車両重量＋搭乗者重量）÷伝達効率×車輪（タイヤ）径÷変速機ギア比÷デファレンシャル比
に依存する。許容減速度は、例えば０．０８Ｇとする。搭乗員重量は、例えば６０ｋｇに想定人数を乗じたものとする。主として二人乗りを想定するならば、搭乗員重量は１２０ｋｇとなる。伝達効率は、トランスミッション（変速機やデファレンシャルを含む）及び車輪等の総体の伝達効率であり、例えば０．９とする。変速機のギア比は、燃料カット条件成立時の変速比または変速段に応じた値とする。許容トルクは、燃料カット即ち燃料噴射の停止に起因する機関１００の出力トルクの低下について許容される最大値；
許容トルク＝トルク低下量−燃料カット条件成立後の機関１００のメカロス
によって規定される。燃料カットに起因する機関１００の出力トルクの低下分のうち、機関１００のメカロスの項は、燃料カット条件成立後のエンジン回転数及び機関１００の冷却水温に応じた値とする。エンジン回転数が高いほど、また冷却水温が低いほど、機関１００のメカロスの項は大きくなる。

ステップＳ２にて演算した内燃機関１００の出力トルクが、ステップＳ３にて演算した後者のモータジェネレータ１１０の出力トルクを上回った場合には、燃料噴射（及び、点火）を停止する（ステップＳ５）とともに、トルクショックを抑制するべく、モータジェネレータ１１０を起動してクランクシャフト１０を回転駆動する（ステップＳ６）。

そして、クランクシャフト１０を駆動するモータジェネレータ１１０の出力トルクを徐々に減衰させ（ステップＳ７）、最終的にはモータジェネレータ１１０の出力トルクを０にする。ステップＳ７における出力トルクの減衰の速さ（出力トルクの単位時間あたりの減少量、または出力トルクの減少の時定数）は、ステップＳ７に遷移する直前の（即ち、実際に燃料カットを実行開始する直前の）内燃機関１００の出力トルクの減衰の速さに合致させることが望ましい。

ステップＳ６及びＳ７にてモータジェネレータ１１０に供給される電力には、別の機会において（車両が減速し停車する際に）モータジェネレータ１１０による回生制動により回収した電気エネルギ、つまりはモータジェネレータ１１０が発電してバッテリに蓄電した電力が宛てられる可能性が高い。

燃料噴射を停止した後、アクセルペダルの踏込量が閾値を上回った、またはエンジン回転数が燃料カット復帰回転数まで低下した等の何れかの燃料カット終了条件が成立した暁には（ステップＳ８、Ｓ１３）、燃料カットを終了することとし、燃料噴射（及び、点火）を再開する（ステップＳ９、Ｓ１４）。因みに、燃料カットからの復帰時には、低落したエンジン回転数を回復するべく、ある期間燃料噴射量を増量して空燃比をリッチ化した後、空燃比を本来の目標である理論空燃比近傍の値に収束させる空燃比制御を実施する。

本実施形態では、クランクシャフト１０を回転駆動する機能とクランクシャフト１０から駆動力の伝達を受けて発電する機能とを両備するモータジェネレータ１１０が付随した内燃機関１００を制御するものであって、所定の燃料カット条件が成立した場合に気筒１への燃料供給を一時停止する燃料カットを行うこととし、燃料カット条件成立後の内燃機関１００の出力トルクと、同時期にモータジェネレータ１１０により同等の回転速度で内燃機関１００を回転させるために必要となるモータジェネレータ１１０の出力トルクとを推算し、前者の内燃機関１００の出力トルクが後者のモータジェネレータ１１０の出力トルクを上回るとき、気筒１への燃料供給を遮断しかつモータジェネレータ１１０により内燃機関１００を回転させて、モータジェネレータ１１０の出力トルクを徐々に減衰させることを特徴とする内燃機関１００の制御装置０を構成した。

本実施形態によれば、内燃機関１００の気筒１への燃料供給を遮断することに伴う内燃機関１００の出力トルクの急落をモータジェネレータ１１０の出力によって補い、トルクショックを軽減することができる上、燃料カット条件の成立から実際に燃料噴射を停止するまでの遅延時間を短縮することができ、燃費のより一層の向上に資する。

また、燃料カット条件成立後、前者の内燃機関１００の出力トルクが後者のモータジェネレータ１１０の出力トルクを上回るまで、気筒１への燃料供給の遮断及びモータジェネレータ１１０による内燃機関１００の回転駆動を開始せずに待機することとしたため、燃料噴射を停止するタイミングを最適化できる。

さらに、気筒１への燃料供給の遮断及びモータジェネレータ１１０による内燃機関１００の回転駆動を開始する直前の内燃機関１００の出力トルクの減衰の速さに応じて、気筒１への燃料供給の遮断及びモータジェネレータ１１０による内燃機関１００の回転駆動を開始した後のモータジェネレータ１１０の出力トルクの減衰の速さを決定するようにしたため、運転者を含む搭乗者に対して、内燃機関１００による駆動からモータジェネレータ１１０による駆動へと遷移する際の違和感を覚えさせずに済む。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、燃料カット条件の成立後、実際に燃料噴射を停止するまでの間、現在の内燃機関１００の出力トルクと想定されるモータジェネレータ１１０の出力トルクとを反復的に比較するようにしていたが、燃料カット条件の成立直後に一度だけ両出力トルクの推算及び比較を行い、前者が後者を上回る場合に限りモータジェネレータ１１０による内燃機関１００の回転駆動ステップＳ５ないしＳ７を実行するものとしてもよい。

また、ステップＳ７におけるモータジェネレータ１１０の出力トルクの減衰量は、そのときの車速や、トランスミッション１２０の変速比等の多寡に応じて補正してもよい。

その他、各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１００…内燃機関
１０…クランクシャフト
１…気筒
１１…インジェクタ
１２…点火プラグ
１１０…モータジェネレータ

Claims (2)

1. クランクシャフトを回転駆動する機能とクランクシャフトから駆動力の伝達を受けて発電する機能とを両備するモータジェネレータが付随した内燃機関を制御するものであって、
   所定の燃料カット条件が成立した場合に気筒への燃料供給を一時停止する燃料カットを行うこととし、
   燃料カット条件成立後の内燃機関の出力トルクを推算するとともに、同時期に気筒への燃料供給を遮断した状態でモータジェネレータにより同等の回転速度で内燃機関を回転させると仮定した場合におけるモータジェネレータの出力トルクをそのときのエンジン回転数並びにモータジェネレータへの印加電圧若しくは印加電流を基に推算し、
   前者の内燃機関の出力トルクが後者のモータジェネレータの出力トルクを上回るとき、気筒への燃料供給を遮断しかつモータジェネレータにより内燃機関を回転させて、モータジェネレータの出力トルクを徐々に減衰させる一方、前者の内燃機関の出力トルクが後者のモータジェネレータの出力トルクを上回らないときは、気筒への燃料供給を継続しかつモータジェネレータにより内燃機関を回転させない内燃機関の制御装置。
2. 気筒への燃料供給の遮断及びモータジェネレータによる内燃機関の回転駆動を開始する直前の内燃機関の出力トルクの減衰の速さに応じて、気筒への燃料供給の遮断及びモータジェネレータによる内燃機関の回転駆動を開始した後のモータジェネレータの出力トルクの減衰の速さを決定する請求項１記載の内燃機関の制御装置。

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