内燃機関の制御装置
【課題】状況に応じた適切な制御を選択することで、効果的に燃費向上を図ることのできる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】本発明は、電動ターボチャージャーを備える内燃機関の制御装置１であって、フューエルカット時に内燃機関の吸排気弁を停止状態にする弁停止制御を行う弁状態切替制御部１７と、フューエルカット時に内燃機関の吸排気弁の開弁期間をオーバーラップさせて開弁するオーバーラップ開弁制御を行うオーバーラップ開弁制御部１８と、内燃機関の運転状態に基づいて弁停止制御による燃費向上率を演算すると共に、内燃機関及び電動モータの運転状態に基づいてオーバーラップ開弁制御による燃費向上率を演算する燃費向上率演算部１５と、を備え、車両の減速時に、弁停止制御及びオーバーラップ開弁制御のうち燃費向上率の高い方の制御を行う。
【解決手段】本発明は、電動ターボチャージャーを備える内燃機関の制御装置１であって、フューエルカット時に内燃機関の吸排気弁を停止状態にする弁停止制御を行う弁状態切替制御部１７と、フューエルカット時に内燃機関の吸排気弁の開弁期間をオーバーラップさせて開弁するオーバーラップ開弁制御を行うオーバーラップ開弁制御部１８と、内燃機関の運転状態に基づいて弁停止制御による燃費向上率を演算すると共に、内燃機関及び電動モータの運転状態に基づいてオーバーラップ開弁制御による燃費向上率を演算する燃費向上率演算部１５と、を備え、車両の減速時に、弁停止制御及びオーバーラップ開弁制御のうち燃費向上率の高い方の制御を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動ターボチャージャーを備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の制御装置に関する技術文献として特開２００８−３０３７２５号公報が知られている。この公報には、車両の内燃機関に付設されたターボチャージャーと、ターボチャージャーのタービンの回転を利用して発電すると共にターボチャージャーのコンプレッサを回転させる電動発電機と、からなる電動ターボチャージャーを備えた内燃機関の制御装置が記載されている。
【０００３】
この内燃機関の制御装置では、車両減速時に内燃機関からの排気を増やすように排気バルブを制御することで、より多くの排気エネルギーをタービンの回転に利用し、電動発電機の発電効率を増加させている。電動発電機の発電効率の増加は、車両の燃費向上に貢献する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３０３７２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、内燃機関からの排気を増やすことによる発電効率の増加は、内燃機関や電動発電機の運転状態により変動するため、燃費向上の観点から常に最適な制御であるとは限らない。このため、状況に応じた制御を行うことで更なる燃費向上を図ることのできる装置が求められていた。
【０００６】
そこで、本発明は、状況に応じた適切な制御を選択することで、効果的に燃費向上を図ることのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、車両の内燃機関に付設されたターボチャージャーと、ターボチャージャーのタービンの回転を利用して発電すると共にターボチャージャーの過給をアシストする電動モータと、を備える内燃機関の制御装置であって、車両の減速時において、内燃機関の吸排気弁を停止状態にする弁停止制御又は内燃機関の吸排気弁の吸排気弁の開弁期間をオーバーラップさせて開弁するオーバーラップ開弁制御を行う吸排気弁制御手段と、内燃機関の運転状態に基づいて弁停止制御による燃費向上率を演算すると共に、電動モータの運転状態に基づいてオーバーラップ開弁制御による燃費向上率を演算する燃費向上率演算手段と、を備え、吸排気弁制御手段は、車両の減速時に、弁停止制御及びオーバーラップ開弁制御のうち燃費向上率の高い方の制御を行うことを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、弁停止制御におけるポンピングロス低減による燃費向上率と、オーバーラップ開弁制御における内燃機関からの排気量の増加及び電動モータの発電効率向上による燃費向上率と、を演算し、車両の減速時に燃費向上率の高い方の制御を行うことで、車両の燃費向上を図ることができる。従って、この内燃機関の制御装置によれば、状況に応じた適切な制御を選択することで、効果的に車両の燃費向上を図ることができる。
【０００９】
本発明に係る内燃機関の制御装置においては、車両の走行状況に基づいて車両の減速を予測する減速予測手段を更に備え、燃費向上率演算手段は、減速予測手段が車両の減速を予測した場合に、弁停止制御による燃費向上率とオーバーラップ開弁制御による燃費向上率とを演算することが好ましい。
【００１０】
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、車両の減速が予測された場合に予測された減速時の燃費向上率を予め演算することで、十分な演算時間が確保されるので、高精度な燃費向上率の演算を行うことができる。これにより、燃費向上率の高い制御の選択をより確実に行うことができるので、燃費向上に係る信頼性の向上を図ることができる。
【００１１】
本発明に係る内燃機関の制御装置においては、車両の排気ガス浄化用の触媒の温度が所定の劣化閾値温度以下であるか否かを判定する触媒温度判定手段を更に備え、吸排気弁制御手段は、触媒温度判定手段が触媒の温度は劣化閾値温度以下ではないと判定した場合、車両の減速時に弁停止制御を行うことが好ましい。
【００１２】
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、触媒の温度が高温である場合に未燃焼ガスが触媒に流入すると劣化が生じることから、触媒の温度が所定の劣化閾値温度を超えている場合にはオーバーラップ開弁制御を行わないことで、触媒の劣化を避けることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、状況に応じた適切な制御を選択することで、効果的に燃費向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る内燃機関の制御装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】内燃機関の制御装置におけるフューエルカット開始時の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１６】
図１に示されるように、本発明に係る内燃機関の制御装置１は、車両のエンジンを制御するものである。制御装置１の制御するエンジンは、電動ターボチャージャーを備えたレシプロエンジンである。電動ターボチャージャーは、エンジンに付設されたターボチャージャーと、ターボチャージャーの過給をアシストする電動モータと、から構成されている。この電動モータは、ターボチャージャーのタービンの回転を利用して発電する回生機としても機能する。
【００１７】
この制御装置１は、車両の減速時においてエンジン回転数が所定の設定回転数以上である場合に、エンジンに対する燃料供給を一時的に停止するフューエルカットを実行する。制御装置１は、運転者がアクセルペダルを操作するか、又はエンジン回転数が減少して所定の設定回転数に至るまでフューエルカットを継続する。
【００１８】
制御装置１は、車両のエンジンを統括的に制御するエンジンＥＣＵ[Electronic Control Unit]２を備えている。ＥＣＵ２は、ＣＰＵ[Central Processing Unit]、ＲＯＭ[Read Only Memory]、ＲＡＭ[Random Access Memory]などからなる電子制御ユニットである。ＥＣＵ２は、エンジンの各気筒に備えられた吸排気弁を制御するための吸排気弁制御ＣＰＵ３を有している。
【００１９】
このＥＣＵ２は、クランク角度センサ４、アクセル開度センサ５、ナビゲーションシステム６、車速センサ７、及び触媒温度センサ８と接続されている。また、ＥＣＵ２は、エンジン回転数検出部９、ターボ回転数検出部１０、電動モータ回転数検出部１１、及び弁制御用ソレノイド１２と接続されている。
【００２０】
クランク角度センサ４は、エンジンのクランク軸の回転角を検出するセンサである。クランク角度センサ４は、クランク軸の回転角をパルス信号であるクランク角度信号としてＥＣＵ２に出力する。アクセル開度センサ５は、エンジンのスロットルバルブの開度を検出するセンサである。アクセル開度センサ５は、検出したスロットルバルブの開度をアクセル開度信号としてＥＣＵ２に出力する。
【００２１】
ナビゲーションシステム６は、車両の運転者に対して目的地までの経路案内を行うシステムである。ナビゲーションシステム６は、車両の現在位置を検出するためのＧＰＳ［Global Positioning System］受信部と、地図上における交差点や踏切の位置、道路形状や道路傾斜などの情報を記憶した地図データベースと、を備えている。ナビゲーションシステム６は、ＧＰＳ受信部から取得した車両の現在位置情報と地図データベースから読み出した車両の現在位置周辺の地図情報とをナビ信号としてＥＣＵ２に出力する。
【００２２】
車速センサ７は、車両の速度を検出するセンサである。車速センサ７は、検出した車両の速度を車速信号としてＥＣＵ２に出力する。触媒温度センサ８は、車両に備えられた排気ガス浄化用の触媒の温度を検出するセンサである。触媒温度センサ８は、検出した触媒の温度を触媒温度信号としてＥＣＵ２に出力する。
【００２３】
エンジン回転数検出部９は、車両のエンジン回転数を検出するものである。エンジン回転数検出部９は、検出したエンジン回転数をエンジン回転数信号としてＥＣＵ２に出力する。
【００２４】
ターボ回転数検出部１０は、エンジンに付設された電動ターボチャージャーのタービン回転数を検出するものである。ターボ回転数検出部１０は、検出したタービン回転数をターボ回転数信号としてＥＣＵ２に出力する。
【００２５】
電動モータ回転数検出部１１は、電動ターボチャージャーにおける電動モータの回転軸の回転数を検出するものである。電動モータ回転数検出部１１は、検出した電動モータの回転軸の回転数を電動モータ回転数信号としてＥＣＵ２に出力する。
【００２６】
弁制御用ソレノイド１２は、ソレノイドコイルへの通電による電磁的作用を利用することで、エンジンの吸排気弁を制御するためのものである。弁制御用ソレノイド１２は、ＥＣＵ２からの信号により吸排気弁の制御を行う。弁制御用ソレノイド１２は、ＥＣＵ２から弁停止信号が入力された場合、吸排気弁を閉じた状態で保持する弁停止状態にする。弁制御用ソレノイド１２は、ＥＣＵ２から弁駆動信号が入力された場合、吸排気弁をクランクシャフトに連動させて駆動させる弁駆動状態にする。弁制御用ソレノイド１２は、ＥＣＵ２からオーバーラップ開弁制御信号が入力された場合、吸気弁及び排気弁の両方が同時に開放されている期間が発生するように吸排気弁を作動させる。オーバーラップ期間を車両が減速中でない場合よりも延長するように吸排気弁を作動させるオーバーラップ期間延長制御を行うとなお良い。
【００２７】
吸排気弁制御ＣＰＵ３は、フューエルカット開始予測部１３、触媒温度判定部１４、燃費向上率演算部１５、制御内容選択部１６、弁状態切替制御部１７、及びオーバーラップ開弁制御部１８を有している。
【００２８】
フューエルカット開始予測部１３は、クランク角度センサ４のクランク角度信号、アクセル開度センサ５のアクセル開度信号、ナビゲーションシステム６のナビ信号、及び車速センサ７の車速信号に基づいて、フューエルカット開始の予測を行う。本実施形態におけるフューエルカット開始条件は、車両が減速中であり、かつエンジン回転数が所定の設定回転数以上であることである。
【００２９】
フューエルカット開始予測部１３は、アクセル開度信号、ナビ信号、及び車速信号から車両の減速を予測する。具体的には、フューエルカット開始予測部１３は、クランク角度信号からエンジン回転数が所定の設定回転数以上であることを予測する。また、フューエルカット開始予測部１３は、アクセルペダルの踏み込み変化や車速の変化などから車両の減速を予測する。更に、フューエルカット開始予測部１３は、ナビ信号に含まれる交差点や踏切などの一時停止場所や車両が減速する可能性の高い下り坂までの距離から車両の減速を予測する。このように、フューエルカット開始予測部１３は、車両の減速と減速時のエンジン回転数とを予測することでフューエルカット開始の予測を行う。このフューエルカット開始予測部１３は、特許請求の範囲に記載の減速予測手段として機能する。
【００３０】
また、フューエルカット開始予測部１３は、実際にフューエルカット開始条件が満たされたとき、エンジンの燃料噴射装置に停止信号を出力してフューエルカットを実行する。
【００３１】
更に、フューエルカット開始予測部１３は、クランク角度センサ４のクランク角度信号及びアクセル開度センサ５のアクセル開度信号に基づいて、フューエルカット終了条件が満たされたか否かを判定する。フューエルカット終了条件は、運転者がアクセルペダルを操作したこと、又はエンジン回転数が減少して所定の設定回転数に至ったことである。フューエルカット開始予測部１３は、フューエルカット終了条件が満たされたと判定した場合、吸排気弁の制御を通常時制御に復帰させる。
【００３２】
触媒温度判定部１４は、触媒温度センサ８の触媒温度信号に基づいて、触媒の温度が所定の劣化閾値温度以下であるか否かを判定する。劣化閾値温度は、触媒の温度が未燃焼ガスの流入により触媒劣化が過剰に生じる温度であるか否かを判定するための閾値の温度である。すなわち、触媒の温度が劣化閾値温度以下の場合には未燃焼ガスが触媒に送り込まれても過剰な劣化は生じないが、劣化閾値温度を超えている場合は触媒劣化が過剰に生じてしまう。この劣化閾値温度は、車両に備えられた触媒の特性に応じて設定される。
【００３３】
燃費向上率演算部１５は、エンジンの吸排気弁を停止させる弁停止制御による燃費向上率と吸排気弁の開弁期間をオーバーラップさせて開弁するオーバーラップ開弁制御による燃費向上率との演算を行う。燃費向上率演算部１５は、触媒の温度が劣化閾値温度を超えている場合にはオーバーラップ開弁制御は行えないため、触媒温度判定部１４が触媒の温度は劣化閾値温度以下であると判定した場合に燃費向上率の演算を開始する。
【００３４】
まず、燃費向上率演算部１５では、ナビゲーションシステム６のナビ信号、車速センサ７の車速信号、及びエンジン回転数検出部９のエンジン回転数信号に基づいて、フューエルカットの実行時間の予測が行われる。フューエルカットの実行時間は、例えばエンジン回転数の減少率からエンジン回転数が所定の設定回転数に至るまでの予測時間やナビ信号及び車速から車両が踏切などの一時停止場所に接近するまでの予測時間などに基づいて予測される。
【００３５】
燃費向上率演算部１５は、予測したフューエルカットの実行時間及びエンジン回転数検出部９のエンジン回転数信号に基づいて、弁停止制御による燃費向上率を演算する。弁停止制御による燃費向上率とは、弁停止制御においてポンピングロスが低減することによる燃費向上率である。この燃費向上率は、弁停止によるポンピングロスの低減量、すなわち弁停止を行わない場合のポンピングロスから弁停止を行った場合のポンピングロスを差し引いた差分として求められる。なお、ポンピングロス自体は、エンジンの気筒に生じる負圧に気筒の体積を乗じた値として求められる。
【００３６】
このポンピングロスの低減量はエンジン回転数と所定の対応関係にある。燃費向上率演算部１５は、ポンピングロスの低減量とエンジン回転数との対応関係をデータマップとして持っておくことで、エンジン回転数からポンピングロスの低減量すなわち弁停止制御による燃費向上率を直接求めることができる。
【００３７】
また、燃費向上率演算部１５は、予測したフューエルカットの実行時間、エンジン回転数検出部９のエンジン回転数信号、ターボ回転数検出部１０のターボ回転数信号、及び電動モータ回転数検出部１１の電動モータ回転数信号に基づいて、オーバーラップ開弁制御による燃費向上率を演算する。オーバーラップ開弁制御による燃費向上率とは、オーバーラップ開弁制御においてエンジンから排出される排気エネルギーが増加し、ターボチャージャーのタービン回転数が上がることで電動モータの発電効率が向上することによる燃費向上率である。この燃費向上率は、弁停止時にはタービンを回転させる排気がないことから、オーバーラップ開弁制御時の発電効率から演算される。オーバーラップ開弁制御時の発電効率は、フューエルカットの実行時間、エンジン回転数、ターボ回転数、及び電動モータ回転数から予測される。
【００３８】
制御内容選択部１６は、燃費向上率演算部１５の算出した弁停止制御による燃費向上率とオーバーラップ開弁制御による燃費向上率とを比較する。制御内容選択部１６は、弁停止制御及びオーバーラップ開弁制御のうち燃費向上率の高い方の制御を選択する。
【００３９】
弁状態切替制御部１７は、制御内容選択部１６が弁停止制御を選択した場合又は触媒温度判定部１４が触媒の温度は劣化閾値温度以下ではないと判定した場合、弁停止制御を実行する。弁状態切替制御部１７は、フューエルカット開始予測部１３によるフューエルカットの実行後に弁停止制御を実行する。
【００４０】
弁状態切替制御部１７は、弁制御用ソレノイド１２により吸排気弁を停止状態に切り替えることで弁停止制御を実行する。また、弁状態切替制御部１７は、フューエルカット開始予測部１３がフューエルカット終了条件が満たされたと判定した場合、フューエルカットの終了に合わせて吸排気弁を駆動状態に切り替える。この弁状態切替制御部１７とオーバーラップ開弁制御部１８とは、特許請求の範囲に記載の吸排気弁制御手段として機能する。
【００４１】
オーバーラップ開弁制御部１８は、制御内容選択部１６がオーバーラップ開弁制御を選択した場合、オーバーラップ開弁制御を実行する。オーバーラップ開弁制御部１８は、フューエルカット開始予測部１３によるフューエルカットの実行後にオーバーラップ開弁制御を実行する。オーバーラップ開弁制御部１８は、弁制御用ソレノイド１２により吸排気弁の開弁期間をオーバーラップさせて開弁することでオーバーラップ開弁制御を実行する。
【００４２】
次に、内燃機関の制御装置１におけるフューエルカット開始時の動作について説明する。
【００４３】
図２に示されるように、まず、内燃機関の制御装置１におけるフューエルカット開始予測部１３では、クランク角度センサ４のクランク角度信号、アクセル開度センサ５のアクセル開度信号、ナビゲーションシステム６のナビ信号、及び車速センサ７の車速信号に基づいて、フューエルカット開始の予測が行われる（Ｓ１）。
【００４４】
次に、触媒温度判定部１４は、触媒温度センサ８の触媒温度信号に基づいて、触媒の温度が所定の劣化閾値温度以下であるか否かを判定する（Ｓ２）。触媒温度判定部１４が触媒の温度が劣化閾値温度以下ではないと判定した場合、ステップＳ３に移行する。
【００４５】
ステップＳ３において、フューエルカット開始予測部１３は、フューエルカット開始条件が満たされるまで待機し、条件が満たされたときにフューエルカットを実行する。その後、弁状態切替制御部１７は、弁制御用ソレノイド１２により吸排気弁を停止状態に切り替えることで弁停止制御を実行する（Ｓ４）。弁停止制御が実行された場合、制御装置１はフューエルカット開始時の動作を終了する。
【００４６】
一方、ステップＳ２において触媒温度判定部１４が触媒の温度は劣化閾値温度以下であると判定した場合、燃費向上率演算部１５は、各種信号に基づいて、エンジンの吸排気弁を停止させる弁停止制御による燃費向上率と吸排気弁の開弁期間をオーバーラップさせて開弁するオーバーラップ開弁制御による燃費向上率との演算を行う（Ｓ５）。
【００４７】
次に、制御内容選択部１６は、燃費向上率演算部１５の算出した弁停止制御による燃費向上率とオーバーラップ開弁制御による燃費向上率とを比較して、弁停止制御及びオーバーラップ開弁制御のうち燃費向上率の高い方の制御を選択する（Ｓ６）。制御内容選択部１６が弁停止制御を選択した場合、ステップＳ７に移行する。
【００４８】
ステップＳ７において、フューエルカット開始予測部１３は、フューエルカット開始条件が満たされるまで待機し、条件が満たされたときにフューエルカットを実行する。その後、弁状態切替制御部１７は、弁制御用ソレノイド１２により吸排気弁を停止状態に切り替えることで弁停止制御を実行する（Ｓ８）。弁停止制御が実行された場合、制御装置１はフューエルカット開始時の動作を終了する。
【００４９】
一方、ステップＳ５において、制御内容選択部１６が弁停止制御を選択した場合、ステップＳ９に移行する。ステップＳ９において、フューエルカット開始予測部１３は、フューエルカット開始条件が満たされるまで待機し、条件が満たされたときにフューエルカットを実行する。その後、オーバーラップ開弁制御部１８は、弁制御用ソレノイド１２により吸排気弁の開弁期間をオーバーラップさせて開弁することでオーバーラップ開弁制御を実行する（Ｓ１０）。オーバーラップ開弁制御が実行された場合、制御装置１はフューエルカット開始時の動作を終了する。
【００５０】
以上説明した内燃機関の制御装置１によれば、弁停止制御におけるポンピングロス低減による燃費向上率と、オーバーラップ開弁制御における内燃機関からの排気量の増加及び電動モータの発電効率向上による燃費向上率と、を演算し、車両の減速時に燃費向上率の高い方の制御を行うことで、車両の燃費向上を図ることができる。従って、この制御装置１によれば、状況に応じた適切な制御を選択することで、効果的に車両の燃費向上を図ることができる。
【００５１】
また、この制御装置１によれば、フューエルカット開始が予測された場合にそのときの燃費向上率を予め演算することで、十分な演算時間が確保されるので、高精度な燃費向上率の演算を行うことができる。これにより、燃費向上率の高い制御の選択をより確実に行うことができるので、燃費向上に係る信頼性の向上を図ることができる。
【００５２】
更に、この制御装置１によれば、触媒の温度が高温である場合に未燃焼ガスが触媒に流入すると劣化が生じることから、触媒の温度が所定の劣化閾値温度を超えている場合にはオーバーラップ開弁制御を行わない。これにより、触媒の温度が高温である場合に未燃焼ガスが触媒に入り込み、触媒劣化が生じることを避けることができる。
【００５３】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
【００５４】
例えば、必ずしもフューエルカット開始を予測する必要はなく、フューエルカット開始条件が満たされた後に燃費向上率の演算を開始する態様であっても良い。また、燃費向上率の演算方法は上述のものに限られない。
【符号の説明】
【００５５】
１…内燃機関の制御装置 ２…エンジン制御ＥＣＵ ３…吸排気弁制御ＣＰＵ ４…クランク角度センサ ５…アクセル開度センサ ６…ナビゲーションシステム ７…車速センサ ８…触媒温度センサ ９…エンジン回転数検出部 １０…ターボ回転数検出部 １１…電動モータ回転数検出部 １２…弁制御用ソレノイド １３…フューエルカット開始予測部（減速予測手段） １４…触媒温度判定部（触媒温度判定手段） １５…燃費向上率演算部（燃費向上率演算手段） １６…制御内容選択部 １７…弁状態切替制御部（吸排気弁制御手段） １８…オーバーラップ開弁制御部（吸排気弁制御手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動ターボチャージャーを備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の制御装置に関する技術文献として特開２００８−３０３７２５号公報が知られている。この公報には、車両の内燃機関に付設されたターボチャージャーと、ターボチャージャーのタービンの回転を利用して発電すると共にターボチャージャーのコンプレッサを回転させる電動発電機と、からなる電動ターボチャージャーを備えた内燃機関の制御装置が記載されている。
【０００３】
この内燃機関の制御装置では、車両減速時に内燃機関からの排気を増やすように排気バルブを制御することで、より多くの排気エネルギーをタービンの回転に利用し、電動発電機の発電効率を増加させている。電動発電機の発電効率の増加は、車両の燃費向上に貢献する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３０３７２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、内燃機関からの排気を増やすことによる発電効率の増加は、内燃機関や電動発電機の運転状態により変動するため、燃費向上の観点から常に最適な制御であるとは限らない。このため、状況に応じた制御を行うことで更なる燃費向上を図ることのできる装置が求められていた。
【０００６】
そこで、本発明は、状況に応じた適切な制御を選択することで、効果的に燃費向上を図ることのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、車両の内燃機関に付設されたターボチャージャーと、ターボチャージャーのタービンの回転を利用して発電すると共にターボチャージャーの過給をアシストする電動モータと、を備える内燃機関の制御装置であって、車両の減速時において、内燃機関の吸排気弁を停止状態にする弁停止制御又は内燃機関の吸排気弁の吸排気弁の開弁期間をオーバーラップさせて開弁するオーバーラップ開弁制御を行う吸排気弁制御手段と、内燃機関の運転状態に基づいて弁停止制御による燃費向上率を演算すると共に、電動モータの運転状態に基づいてオーバーラップ開弁制御による燃費向上率を演算する燃費向上率演算手段と、を備え、吸排気弁制御手段は、車両の減速時に、弁停止制御及びオーバーラップ開弁制御のうち燃費向上率の高い方の制御を行うことを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、弁停止制御におけるポンピングロス低減による燃費向上率と、オーバーラップ開弁制御における内燃機関からの排気量の増加及び電動モータの発電効率向上による燃費向上率と、を演算し、車両の減速時に燃費向上率の高い方の制御を行うことで、車両の燃費向上を図ることができる。従って、この内燃機関の制御装置によれば、状況に応じた適切な制御を選択することで、効果的に車両の燃費向上を図ることができる。
【０００９】
本発明に係る内燃機関の制御装置においては、車両の走行状況に基づいて車両の減速を予測する減速予測手段を更に備え、燃費向上率演算手段は、減速予測手段が車両の減速を予測した場合に、弁停止制御による燃費向上率とオーバーラップ開弁制御による燃費向上率とを演算することが好ましい。
【００１０】
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、車両の減速が予測された場合に予測された減速時の燃費向上率を予め演算することで、十分な演算時間が確保されるので、高精度な燃費向上率の演算を行うことができる。これにより、燃費向上率の高い制御の選択をより確実に行うことができるので、燃費向上に係る信頼性の向上を図ることができる。
【００１１】
本発明に係る内燃機関の制御装置においては、車両の排気ガス浄化用の触媒の温度が所定の劣化閾値温度以下であるか否かを判定する触媒温度判定手段を更に備え、吸排気弁制御手段は、触媒温度判定手段が触媒の温度は劣化閾値温度以下ではないと判定した場合、車両の減速時に弁停止制御を行うことが好ましい。
【００１２】
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、触媒の温度が高温である場合に未燃焼ガスが触媒に流入すると劣化が生じることから、触媒の温度が所定の劣化閾値温度を超えている場合にはオーバーラップ開弁制御を行わないことで、触媒の劣化を避けることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、状況に応じた適切な制御を選択することで、効果的に燃費向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る内燃機関の制御装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】内燃機関の制御装置におけるフューエルカット開始時の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１６】
図１に示されるように、本発明に係る内燃機関の制御装置１は、車両のエンジンを制御するものである。制御装置１の制御するエンジンは、電動ターボチャージャーを備えたレシプロエンジンである。電動ターボチャージャーは、エンジンに付設されたターボチャージャーと、ターボチャージャーの過給をアシストする電動モータと、から構成されている。この電動モータは、ターボチャージャーのタービンの回転を利用して発電する回生機としても機能する。
【００１７】
この制御装置１は、車両の減速時においてエンジン回転数が所定の設定回転数以上である場合に、エンジンに対する燃料供給を一時的に停止するフューエルカットを実行する。制御装置１は、運転者がアクセルペダルを操作するか、又はエンジン回転数が減少して所定の設定回転数に至るまでフューエルカットを継続する。
【００１８】
制御装置１は、車両のエンジンを統括的に制御するエンジンＥＣＵ[Electronic Control Unit]２を備えている。ＥＣＵ２は、ＣＰＵ[Central Processing Unit]、ＲＯＭ[Read Only Memory]、ＲＡＭ[Random Access Memory]などからなる電子制御ユニットである。ＥＣＵ２は、エンジンの各気筒に備えられた吸排気弁を制御するための吸排気弁制御ＣＰＵ３を有している。
【００１９】
このＥＣＵ２は、クランク角度センサ４、アクセル開度センサ５、ナビゲーションシステム６、車速センサ７、及び触媒温度センサ８と接続されている。また、ＥＣＵ２は、エンジン回転数検出部９、ターボ回転数検出部１０、電動モータ回転数検出部１１、及び弁制御用ソレノイド１２と接続されている。
【００２０】
クランク角度センサ４は、エンジンのクランク軸の回転角を検出するセンサである。クランク角度センサ４は、クランク軸の回転角をパルス信号であるクランク角度信号としてＥＣＵ２に出力する。アクセル開度センサ５は、エンジンのスロットルバルブの開度を検出するセンサである。アクセル開度センサ５は、検出したスロットルバルブの開度をアクセル開度信号としてＥＣＵ２に出力する。
【００２１】
ナビゲーションシステム６は、車両の運転者に対して目的地までの経路案内を行うシステムである。ナビゲーションシステム６は、車両の現在位置を検出するためのＧＰＳ［Global Positioning System］受信部と、地図上における交差点や踏切の位置、道路形状や道路傾斜などの情報を記憶した地図データベースと、を備えている。ナビゲーションシステム６は、ＧＰＳ受信部から取得した車両の現在位置情報と地図データベースから読み出した車両の現在位置周辺の地図情報とをナビ信号としてＥＣＵ２に出力する。
【００２２】
車速センサ７は、車両の速度を検出するセンサである。車速センサ７は、検出した車両の速度を車速信号としてＥＣＵ２に出力する。触媒温度センサ８は、車両に備えられた排気ガス浄化用の触媒の温度を検出するセンサである。触媒温度センサ８は、検出した触媒の温度を触媒温度信号としてＥＣＵ２に出力する。
【００２３】
エンジン回転数検出部９は、車両のエンジン回転数を検出するものである。エンジン回転数検出部９は、検出したエンジン回転数をエンジン回転数信号としてＥＣＵ２に出力する。
【００２４】
ターボ回転数検出部１０は、エンジンに付設された電動ターボチャージャーのタービン回転数を検出するものである。ターボ回転数検出部１０は、検出したタービン回転数をターボ回転数信号としてＥＣＵ２に出力する。
【００２５】
電動モータ回転数検出部１１は、電動ターボチャージャーにおける電動モータの回転軸の回転数を検出するものである。電動モータ回転数検出部１１は、検出した電動モータの回転軸の回転数を電動モータ回転数信号としてＥＣＵ２に出力する。
【００２６】
弁制御用ソレノイド１２は、ソレノイドコイルへの通電による電磁的作用を利用することで、エンジンの吸排気弁を制御するためのものである。弁制御用ソレノイド１２は、ＥＣＵ２からの信号により吸排気弁の制御を行う。弁制御用ソレノイド１２は、ＥＣＵ２から弁停止信号が入力された場合、吸排気弁を閉じた状態で保持する弁停止状態にする。弁制御用ソレノイド１２は、ＥＣＵ２から弁駆動信号が入力された場合、吸排気弁をクランクシャフトに連動させて駆動させる弁駆動状態にする。弁制御用ソレノイド１２は、ＥＣＵ２からオーバーラップ開弁制御信号が入力された場合、吸気弁及び排気弁の両方が同時に開放されている期間が発生するように吸排気弁を作動させる。オーバーラップ期間を車両が減速中でない場合よりも延長するように吸排気弁を作動させるオーバーラップ期間延長制御を行うとなお良い。
【００２７】
吸排気弁制御ＣＰＵ３は、フューエルカット開始予測部１３、触媒温度判定部１４、燃費向上率演算部１５、制御内容選択部１６、弁状態切替制御部１７、及びオーバーラップ開弁制御部１８を有している。
【００２８】
フューエルカット開始予測部１３は、クランク角度センサ４のクランク角度信号、アクセル開度センサ５のアクセル開度信号、ナビゲーションシステム６のナビ信号、及び車速センサ７の車速信号に基づいて、フューエルカット開始の予測を行う。本実施形態におけるフューエルカット開始条件は、車両が減速中であり、かつエンジン回転数が所定の設定回転数以上であることである。
【００２９】
フューエルカット開始予測部１３は、アクセル開度信号、ナビ信号、及び車速信号から車両の減速を予測する。具体的には、フューエルカット開始予測部１３は、クランク角度信号からエンジン回転数が所定の設定回転数以上であることを予測する。また、フューエルカット開始予測部１３は、アクセルペダルの踏み込み変化や車速の変化などから車両の減速を予測する。更に、フューエルカット開始予測部１３は、ナビ信号に含まれる交差点や踏切などの一時停止場所や車両が減速する可能性の高い下り坂までの距離から車両の減速を予測する。このように、フューエルカット開始予測部１３は、車両の減速と減速時のエンジン回転数とを予測することでフューエルカット開始の予測を行う。このフューエルカット開始予測部１３は、特許請求の範囲に記載の減速予測手段として機能する。
【００３０】
また、フューエルカット開始予測部１３は、実際にフューエルカット開始条件が満たされたとき、エンジンの燃料噴射装置に停止信号を出力してフューエルカットを実行する。
【００３１】
更に、フューエルカット開始予測部１３は、クランク角度センサ４のクランク角度信号及びアクセル開度センサ５のアクセル開度信号に基づいて、フューエルカット終了条件が満たされたか否かを判定する。フューエルカット終了条件は、運転者がアクセルペダルを操作したこと、又はエンジン回転数が減少して所定の設定回転数に至ったことである。フューエルカット開始予測部１３は、フューエルカット終了条件が満たされたと判定した場合、吸排気弁の制御を通常時制御に復帰させる。
【００３２】
触媒温度判定部１４は、触媒温度センサ８の触媒温度信号に基づいて、触媒の温度が所定の劣化閾値温度以下であるか否かを判定する。劣化閾値温度は、触媒の温度が未燃焼ガスの流入により触媒劣化が過剰に生じる温度であるか否かを判定するための閾値の温度である。すなわち、触媒の温度が劣化閾値温度以下の場合には未燃焼ガスが触媒に送り込まれても過剰な劣化は生じないが、劣化閾値温度を超えている場合は触媒劣化が過剰に生じてしまう。この劣化閾値温度は、車両に備えられた触媒の特性に応じて設定される。
【００３３】
燃費向上率演算部１５は、エンジンの吸排気弁を停止させる弁停止制御による燃費向上率と吸排気弁の開弁期間をオーバーラップさせて開弁するオーバーラップ開弁制御による燃費向上率との演算を行う。燃費向上率演算部１５は、触媒の温度が劣化閾値温度を超えている場合にはオーバーラップ開弁制御は行えないため、触媒温度判定部１４が触媒の温度は劣化閾値温度以下であると判定した場合に燃費向上率の演算を開始する。
【００３４】
まず、燃費向上率演算部１５では、ナビゲーションシステム６のナビ信号、車速センサ７の車速信号、及びエンジン回転数検出部９のエンジン回転数信号に基づいて、フューエルカットの実行時間の予測が行われる。フューエルカットの実行時間は、例えばエンジン回転数の減少率からエンジン回転数が所定の設定回転数に至るまでの予測時間やナビ信号及び車速から車両が踏切などの一時停止場所に接近するまでの予測時間などに基づいて予測される。
【００３５】
燃費向上率演算部１５は、予測したフューエルカットの実行時間及びエンジン回転数検出部９のエンジン回転数信号に基づいて、弁停止制御による燃費向上率を演算する。弁停止制御による燃費向上率とは、弁停止制御においてポンピングロスが低減することによる燃費向上率である。この燃費向上率は、弁停止によるポンピングロスの低減量、すなわち弁停止を行わない場合のポンピングロスから弁停止を行った場合のポンピングロスを差し引いた差分として求められる。なお、ポンピングロス自体は、エンジンの気筒に生じる負圧に気筒の体積を乗じた値として求められる。
【００３６】
このポンピングロスの低減量はエンジン回転数と所定の対応関係にある。燃費向上率演算部１５は、ポンピングロスの低減量とエンジン回転数との対応関係をデータマップとして持っておくことで、エンジン回転数からポンピングロスの低減量すなわち弁停止制御による燃費向上率を直接求めることができる。
【００３７】
また、燃費向上率演算部１５は、予測したフューエルカットの実行時間、エンジン回転数検出部９のエンジン回転数信号、ターボ回転数検出部１０のターボ回転数信号、及び電動モータ回転数検出部１１の電動モータ回転数信号に基づいて、オーバーラップ開弁制御による燃費向上率を演算する。オーバーラップ開弁制御による燃費向上率とは、オーバーラップ開弁制御においてエンジンから排出される排気エネルギーが増加し、ターボチャージャーのタービン回転数が上がることで電動モータの発電効率が向上することによる燃費向上率である。この燃費向上率は、弁停止時にはタービンを回転させる排気がないことから、オーバーラップ開弁制御時の発電効率から演算される。オーバーラップ開弁制御時の発電効率は、フューエルカットの実行時間、エンジン回転数、ターボ回転数、及び電動モータ回転数から予測される。
【００３８】
制御内容選択部１６は、燃費向上率演算部１５の算出した弁停止制御による燃費向上率とオーバーラップ開弁制御による燃費向上率とを比較する。制御内容選択部１６は、弁停止制御及びオーバーラップ開弁制御のうち燃費向上率の高い方の制御を選択する。
【００３９】
弁状態切替制御部１７は、制御内容選択部１６が弁停止制御を選択した場合又は触媒温度判定部１４が触媒の温度は劣化閾値温度以下ではないと判定した場合、弁停止制御を実行する。弁状態切替制御部１７は、フューエルカット開始予測部１３によるフューエルカットの実行後に弁停止制御を実行する。
【００４０】
弁状態切替制御部１７は、弁制御用ソレノイド１２により吸排気弁を停止状態に切り替えることで弁停止制御を実行する。また、弁状態切替制御部１７は、フューエルカット開始予測部１３がフューエルカット終了条件が満たされたと判定した場合、フューエルカットの終了に合わせて吸排気弁を駆動状態に切り替える。この弁状態切替制御部１７とオーバーラップ開弁制御部１８とは、特許請求の範囲に記載の吸排気弁制御手段として機能する。
【００４１】
オーバーラップ開弁制御部１８は、制御内容選択部１６がオーバーラップ開弁制御を選択した場合、オーバーラップ開弁制御を実行する。オーバーラップ開弁制御部１８は、フューエルカット開始予測部１３によるフューエルカットの実行後にオーバーラップ開弁制御を実行する。オーバーラップ開弁制御部１８は、弁制御用ソレノイド１２により吸排気弁の開弁期間をオーバーラップさせて開弁することでオーバーラップ開弁制御を実行する。
【００４２】
次に、内燃機関の制御装置１におけるフューエルカット開始時の動作について説明する。
【００４３】
図２に示されるように、まず、内燃機関の制御装置１におけるフューエルカット開始予測部１３では、クランク角度センサ４のクランク角度信号、アクセル開度センサ５のアクセル開度信号、ナビゲーションシステム６のナビ信号、及び車速センサ７の車速信号に基づいて、フューエルカット開始の予測が行われる（Ｓ１）。
【００４４】
次に、触媒温度判定部１４は、触媒温度センサ８の触媒温度信号に基づいて、触媒の温度が所定の劣化閾値温度以下であるか否かを判定する（Ｓ２）。触媒温度判定部１４が触媒の温度が劣化閾値温度以下ではないと判定した場合、ステップＳ３に移行する。
【００４５】
ステップＳ３において、フューエルカット開始予測部１３は、フューエルカット開始条件が満たされるまで待機し、条件が満たされたときにフューエルカットを実行する。その後、弁状態切替制御部１７は、弁制御用ソレノイド１２により吸排気弁を停止状態に切り替えることで弁停止制御を実行する（Ｓ４）。弁停止制御が実行された場合、制御装置１はフューエルカット開始時の動作を終了する。
【００４６】
一方、ステップＳ２において触媒温度判定部１４が触媒の温度は劣化閾値温度以下であると判定した場合、燃費向上率演算部１５は、各種信号に基づいて、エンジンの吸排気弁を停止させる弁停止制御による燃費向上率と吸排気弁の開弁期間をオーバーラップさせて開弁するオーバーラップ開弁制御による燃費向上率との演算を行う（Ｓ５）。
【００４７】
次に、制御内容選択部１６は、燃費向上率演算部１５の算出した弁停止制御による燃費向上率とオーバーラップ開弁制御による燃費向上率とを比較して、弁停止制御及びオーバーラップ開弁制御のうち燃費向上率の高い方の制御を選択する（Ｓ６）。制御内容選択部１６が弁停止制御を選択した場合、ステップＳ７に移行する。
【００４８】
ステップＳ７において、フューエルカット開始予測部１３は、フューエルカット開始条件が満たされるまで待機し、条件が満たされたときにフューエルカットを実行する。その後、弁状態切替制御部１７は、弁制御用ソレノイド１２により吸排気弁を停止状態に切り替えることで弁停止制御を実行する（Ｓ８）。弁停止制御が実行された場合、制御装置１はフューエルカット開始時の動作を終了する。
【００４９】
一方、ステップＳ５において、制御内容選択部１６が弁停止制御を選択した場合、ステップＳ９に移行する。ステップＳ９において、フューエルカット開始予測部１３は、フューエルカット開始条件が満たされるまで待機し、条件が満たされたときにフューエルカットを実行する。その後、オーバーラップ開弁制御部１８は、弁制御用ソレノイド１２により吸排気弁の開弁期間をオーバーラップさせて開弁することでオーバーラップ開弁制御を実行する（Ｓ１０）。オーバーラップ開弁制御が実行された場合、制御装置１はフューエルカット開始時の動作を終了する。
【００５０】
以上説明した内燃機関の制御装置１によれば、弁停止制御におけるポンピングロス低減による燃費向上率と、オーバーラップ開弁制御における内燃機関からの排気量の増加及び電動モータの発電効率向上による燃費向上率と、を演算し、車両の減速時に燃費向上率の高い方の制御を行うことで、車両の燃費向上を図ることができる。従って、この制御装置１によれば、状況に応じた適切な制御を選択することで、効果的に車両の燃費向上を図ることができる。
【００５１】
また、この制御装置１によれば、フューエルカット開始が予測された場合にそのときの燃費向上率を予め演算することで、十分な演算時間が確保されるので、高精度な燃費向上率の演算を行うことができる。これにより、燃費向上率の高い制御の選択をより確実に行うことができるので、燃費向上に係る信頼性の向上を図ることができる。
【００５２】
更に、この制御装置１によれば、触媒の温度が高温である場合に未燃焼ガスが触媒に流入すると劣化が生じることから、触媒の温度が所定の劣化閾値温度を超えている場合にはオーバーラップ開弁制御を行わない。これにより、触媒の温度が高温である場合に未燃焼ガスが触媒に入り込み、触媒劣化が生じることを避けることができる。
【００５３】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
【００５４】
例えば、必ずしもフューエルカット開始を予測する必要はなく、フューエルカット開始条件が満たされた後に燃費向上率の演算を開始する態様であっても良い。また、燃費向上率の演算方法は上述のものに限られない。
【符号の説明】
【００５５】
１…内燃機関の制御装置 ２…エンジン制御ＥＣＵ ３…吸排気弁制御ＣＰＵ ４…クランク角度センサ ５…アクセル開度センサ ６…ナビゲーションシステム ７…車速センサ ８…触媒温度センサ ９…エンジン回転数検出部 １０…ターボ回転数検出部 １１…電動モータ回転数検出部 １２…弁制御用ソレノイド １３…フューエルカット開始予測部（減速予測手段） １４…触媒温度判定部（触媒温度判定手段） １５…燃費向上率演算部（燃費向上率演算手段） １６…制御内容選択部 １７…弁状態切替制御部（吸排気弁制御手段） １８…オーバーラップ開弁制御部（吸排気弁制御手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の内燃機関に付設されたターボチャージャーと、前記ターボチャージャーのタービンの回転を利用して発電すると共に前記ターボチャージャーの過給をアシストする電動モータと、を備える内燃機関の制御装置であって、
前記車両の減速時において、前記内燃機関の吸排気弁を停止状態にする弁停止制御又は前記内燃機関の吸排気弁の開弁期間をオーバーラップさせて開弁するオーバーラップ開弁制御を行う吸排気弁制御手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて前記弁停止制御による燃費向上率を演算すると共に、前記電動モータの運転状態に基づいて前記オーバーラップ開弁制御による燃費向上率を演算する燃費向上率演算手段と、を備え、
前記吸排気弁制御手段は、前記車両の減速時に、前記弁停止制御及び前記オーバーラップ開弁制御のうち燃費向上率の高い方の制御を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記車両の走行状況に基づいて前記車両の減速を予測する減速予測手段を更に備え、
前記燃費向上率演算手段は、前記減速予測手段が前記車両の減速を予測した場合に、前記弁停止制御による燃費向上率と前記オーバーラップ開弁制御による燃費向上率とを演算することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記車両の排気ガス浄化用の触媒の温度が所定の劣化閾値温度以下であるか否かを判定する触媒温度判定手段を更に備え、
前記吸排気弁制御手段は、前記触媒温度判定手段が前記触媒の温度は前記劣化閾値温度以下ではないと判定した場合、前記車両の減速時に前記弁停止制御を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
車両の内燃機関に付設されたターボチャージャーと、前記ターボチャージャーのタービンの回転を利用して発電すると共に前記ターボチャージャーの過給をアシストする電動モータと、を備える内燃機関の制御装置であって、
前記車両の減速時において、前記内燃機関の吸排気弁を停止状態にする弁停止制御又は前記内燃機関の吸排気弁の開弁期間をオーバーラップさせて開弁するオーバーラップ開弁制御を行う吸排気弁制御手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて前記弁停止制御による燃費向上率を演算すると共に、前記電動モータの運転状態に基づいて前記オーバーラップ開弁制御による燃費向上率を演算する燃費向上率演算手段と、を備え、
前記吸排気弁制御手段は、前記車両の減速時に、前記弁停止制御及び前記オーバーラップ開弁制御のうち燃費向上率の高い方の制御を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記車両の走行状況に基づいて前記車両の減速を予測する減速予測手段を更に備え、
前記燃費向上率演算手段は、前記減速予測手段が前記車両の減速を予測した場合に、前記弁停止制御による燃費向上率と前記オーバーラップ開弁制御による燃費向上率とを演算することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記車両の排気ガス浄化用の触媒の温度が所定の劣化閾値温度以下であるか否かを判定する触媒温度判定手段を更に備え、
前記吸排気弁制御手段は、前記触媒温度判定手段が前記触媒の温度は前記劣化閾値温度以下ではないと判定した場合、前記車両の減速時に前記弁停止制御を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−１１２３０３（Ｐ２０１２−１１２３０３Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６１５２８（Ｐ２０１０−２６１５２８）
【出願日】平成２２年１１月２４日（２０１０．１１．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２４日（２０１０．１１．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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