JP2015124625A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クラッチ開放時に燃料カット条件成立から燃料カット開始までの遅延時間を短縮することによりさらなる燃費の向上を図ることができるという効果を、より低コストで得る。【解決手段】燃料カット条件が成立したことに起因して気筒への燃料供給を一時中断する燃料カット制御を行う内燃機関の制御装置において、クラッチが締結されている場合に取り得る値の範囲内にエンジン回転数の単位時間当たり変化量があるか否かに応じて、内燃機関と車軸との間に介在するクラッチが接続されているか開放されているかを判定し、前記クラッチが開放されていると判定したときに燃料カット条件が成立しているならば直ちに燃料カットを実行開始する。【選択図】図３

Description

本発明は、燃料カット制御を行う内燃機関の制御装置に関する。

車両に搭載される内燃機関では、燃費の向上を図るべく、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であるときに、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。

内燃機関の出力トルクが比較的大きい段階で急に燃料供給を遮断すると、エンジン回転数や車速がステップ的に急落するトルクショックが発生し、運転者その他の乗員に衝撃を感じさせる。この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時には燃料噴射を停止せず、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。

しかし、クラッチが開放されているとき（シフトチェンジ中等）に燃料カットを実行した場合には、上述したトルクショックは問題とならない。そこで、燃料カット条件が成立したときにクラッチが開放しているか否かを判定し、クラッチが開放されているときはそれ以外のときと比較して遅延時間を短く設定する制御を行うことが考えられている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００５−１６３７５９号公報

しかしながら、コスト削減の要請から、クラッチが開放していることを検知するためのスイッチを有しない車両が存在する。このような車両においては、クラッチの開放を直接検出することが不可能である。逆に、このような車両においても、クラッチが開放されているか否かを何らかの方法により推測できれば、クラッチ開放時に遅延時間を短縮する制御を行うことができるようになる。

本発明は以上の点に着目し、クラッチ開放時に燃料カット条件成立から燃料カット開始までの遅延時間を短縮することによりさらなる燃費の向上を図ることができるという効果を、より低コストで得ることを目的とする。

以上の課題を解決すべく、本発明に係る内燃機関の制御装置は、以下に述べるような構成を有する。すなわち本発明に係る内燃機関の制御装置は、燃料カット条件が成立したことに起因して気筒への燃料供給を一時中断する燃料カット制御を行う内燃機関の制御装置であって、クラッチが締結されている場合に取り得る値の範囲内にエンジン回転数の単位時間当たり変化量があるか否かに応じて、内燃機関と車軸との間に介在するクラッチが接続されているか開放されているかを判定し、前記クラッチが開放されていると判定したときに燃料カット条件が成立しているならば直ちに燃料カットを実行開始する。

ここで、エンジン回転数を検知する回転数センサは内燃機関を搭載した車両のほぼ全てに備えられている。従って、コスト低下を図るべくクラッチが開放していることを検知するためのクラッチスイッチを省略した車両であっても、エンジン回転数の単位時間当たり変化量に基づき、クラッチが締結されているか開放されているかを判定することができる。

そして、前記クラッチが開放されていると判定したときに燃料カット条件が成立していれば直ちに燃料カットを実行開始することにより、燃料カット条件が成立した後遅延時間の経過を待ってから燃料噴射を停止する従来の制御を行った場合と比較して、より一層の燃費の向上を図ることができる。

本発明によれば、クラッチ開放時に燃料カット条件成立から燃料カット開始までの遅延時間を短縮することによりさらなる燃費の向上を図ることができるという効果を、より低コストで得ることができる。

本発明の第一実施形態における車両用内燃機関の全体構成を示す概略図。 同実施形態における駆動系の構成を示す概略図。 同実施形態の制御装置が行う制御の手順を示すフローチャート。 同実施形態における変速機の変速段及びエンジントルクとエンジン回転数の単位時間当たり変化量が取り得る値の範囲の上限である閾値との間の関係をしめすマップ。 同実施形態の制御装置が行う制御を示すタイムチャート。

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の概要を示す。本実施形態における内燃機関Ｅ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、電子スロットルバルブ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。

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。

図２に、車両が備える駆動系の例を示す。この駆動系は、マニュアルトランスミッション６を備えている。

内燃機関の出力軸であるクランクシャフト２は、フライホイール５１と結合されており、このフライホイール５１は、クラッチ５の入力側の摩擦面を形成している。クラッチプレート５２は、クラッチ５の出力側の摩擦面を形成しており、マニュアルトランスミッション６の入力軸６１と結合されている。クラッチ５は、運転者によるクラッチペダル５０の操作によりクラッチプレート５２がフライホイール５１に押し付けられ、クラッチペダル５０の位置に応じて開放又は締結する。マニュアルトランスミッション６の出力軸は、プロペラシャフト１０１及びディファレンシャル装置１０２を介して、車軸１０３（及び車輪１０４）に結合されている。このため、クラッチ５が締結している状態でクランクシャフトＣと車軸１０３とが接続され、内燃機関Ｅの動力が車軸１０３に伝達される。他方、クラッチ５が開放している状態でこの接続が遮断され、エンジンＥから車軸１０３への動力の伝達が遮断される。

本実施形態の内燃機関Ｅ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ｂ、アクセルペダルの踏込量をアクセル開度（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、内燃機関Ｅの温度を示唆する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、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号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１３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、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ等を出力する。

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Ｅの運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関Ｅ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。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ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、燃焼カット条件が成立したとしても、直ちに気筒１への燃料噴射を停止するとは限らない。クラッチ５が締結された状態で燃焼カット条件が成立した際に直ちに気筒１への燃料噴射を停止すると、エンジン回転数や車速がステップ的に急落するトルクショックが発生し、運転者その他の乗員に衝撃を感じさせるからである。この場合は、トルクショックを軽減するべく、燃料カット条件が成立した後、遅延時間Ｔ₁の経過を待ってから、はじめて燃料噴射を停止する。燃料カット条件が成立してから燃料噴射を停止するまでの間は、点火タイミングを遅角補正し、エンジントルクを積極的に低下させる。

一方、クラッチ５が開放された状態では、燃焼カット条件が成立した際に直ちに気筒１への燃料噴射を停止しても上述したトルクショックは問題とならない。そこで、このときは燃焼カット条件が成立した際に直ちに気筒１への燃料噴射を停止し、更なる燃費の向上を図るようにしている。

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、その燃料カット条件成立時（燃料カット条件の成立直前、成立時または成立直後の時期）におけるエンジン回転数の単位時間当たり変化量を演算し（ステップＳ２）、次いでエンジントルクを演算する（ステップＳ３）。

燃料カット条件成立時のエンジントルクは、燃料カット条件成立時のエンジン回転数、サージタンク３３内吸気圧及び吸気温（または、気筒１に充填される吸気量）、並びに点火タイミングの進角量等を基に推算することができる。ＥＣＵ０のメモリには予め、エンジン回転数、吸気圧及び吸気温、並びに点火タイミングの進角量等と、エンジントルクとの関係を規定したマップデータが格納されている。ＥＣＵ０は、燃料カット条件成立時のエンジン回転数、吸気圧及び吸気温、並びに点火タイミングの進角量等をキーとして当該マップを検索し、燃料カット条件成立時のエンジントルクを知得する。

その上で、変速機の変速段、及びエンジントルクから補機トルクを減算した量をパラメータとして、クラッチが締結されている場合にエンジン回転数の単位時間当たり変化量が取り得る値の範囲を決定する（ステップＳ４）。ここで、補機トルクとは、クランクシャフト２から駆動力をエアコンディショナや発電機等の補機に伝達してこれら補機を作動させることに起因した負荷である。すなわち、エンジントルクから補機トルクを減算した量は、車両の走行に用いられるエンジン出力である。

ＥＣＵ０のメモリには予め、変速機の変速段及びエンジントルクと、前記エンジン回転数の単位時間当たり変化量が取り得る値の範囲の下限である閾値との間の関係を規定した図４に示すようなマップデータが格納されている。ここで、前記エンジン回転数の単位時間当たり変化量は、回転数が増加するときに正の値をとる。すなわち、減速時には前記変化量は負の値をとる。ＥＣＵ０は、燃料カット条件成立時の変速機の変速段及びエンジントルクをキーとして当該マップを検索し、前記閾値を知得する。なお、前記エンジン回転数の単位時間当たり変化量が取り得る値の範囲の上限は、例えば０に設定している。

エンジン回転数の単位時間当たり変化量がステップＳ３により決定した範囲内でない場合、すなわち前記クラッチが開放されているものと判定した場合は（ステップＳ５）、直ちに燃料カットを実行開始する（ステップＳ６）。一方、エンジン回転数の単位時間当たり変化量がステップＳ３により決定した範囲内である場合、すなわち前記クラッチが締結されているものと判定した場合は（ステップＳ５）、遅延時間経過後に燃料カットを実行開始する（ステップＳ７）。なお、遅延時間中にはエンジントルクの低下を促進させるべく、点火タイミングの遅角制御が行われる。そして、エンジントルクが目標トルクまで低下した際に燃料カットを実行開始する。

ここで、運転者がアクセルペダルの踏み込みを解除し、またクラッチペダルを踏み込みクラッチを開放した上でシフトチェンジを行った際には、図５に実線で示すように、エンジン回転数が急激に低下する。アクセルペダルの踏み込みを解除した時点で燃料カット条件が成立していれば、単位時間当たりのエンジン回転数の変化量は前記閾値を下回る（エンジン回転数の変化量の絶対値が前記閾値の絶対値を上回る）こととなる。従って、クラッチが開放されているものと判定され、直ちに燃料カットの実行が開始される。一方、運転者がアクセルペダルの踏み込みを解除する一方クラッチを締結したままシフトチェンジを行った際には、同図に破線で示すように、エンジン回転数の低下が緩やかである。このとき、単位時間当たりのエンジン回転数の変化量は前記閾値を上回る（エンジン回転数の変化量の絶対値が前記閾値の絶対値を下回る）こととなる。従って、クラッチが締結されているものと判定され、遅延時間の経過後に燃料カットの実行が開始される。

すなわち本実施形態によれば、コスト低下を図るべくクラッチが開放していることを検知するためのクラッチスイッチを省略した車両であっても、エンジン回転数の単位時間当たり変化量、及び燃料カット条件成立時のエンジントルクに基づき、クラッチが締結されているか開放されているかを判定することができる。

その上で、前記クラッチが開放されていると判定したときに燃料カット条件が成立していれば直ちに燃料カットを実行開始するので、燃料カット条件が成立した後遅延時間の経過を待ってから燃料噴射を停止する従来の制御を行った場合と比較して、より一層の燃費の向上を図ることができる。

さらに、本実施形態の制御によれば、従来の制御を行った場合と比較して燃料カットを実行する期間を長くできるので、排気ガス性能の改善を図ることもできる。

なお、本発明は以上に述べた実施形態に限られない。

例えば、エンジントルクを決定するパラメータとして、吸気圧及び吸気温に代えてスロットル開度を採用してもよい。また、吸気量を直接検知する吸気量センサを備える車両においては、エンジントルクを決定するパラメータとして、吸気圧及び吸気温に替えて吸気量を採用してもよい。

その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。

Ｅ…内燃機関
０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
５…クラッチ
１０３…車軸

Claims (1)

1. 燃料カット条件が成立したことに起因して気筒への燃料供給を一時中断する燃料カット制御を行う内燃機関の制御装置であって、
   クラッチが締結されている場合に取り得る値の範囲内にエンジン回転数の単位時間当たり変化量があるか否かに応じて、内燃機関と車軸との間に介在するクラッチが接続されているか開放されているかを判定し、
   前記クラッチが開放されていると判定したときに燃料カット条件が成立しているならば直ちに燃料カットを実行開始する内燃機関の制御装置。

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