車両の制御装置
【課題】この発明は、内燃機関と無段変速機を備えた車両において、適切に動作線を変更して、ドライバビリティを確保しつつ異常燃焼を回避することのできる車両の制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】内燃機関と当該内燃機関に接続された無段変速機を備える。前記内燃機関のトルクとエンジン回転数との組み合わせで定めた出力毎の動作点を繋げた動作線に基づいて内燃機関の動作を制御する。前記動作線上の所定動作点において発生した異常燃焼を検出する。前記異常燃焼が検出された場合は、前記動作線を、前記異常燃焼が検出された動作点及びその周辺の動作点を等出力線上の高回転側に変更した変更後動作線に変更する。
【解決手段】内燃機関と当該内燃機関に接続された無段変速機を備える。前記内燃機関のトルクとエンジン回転数との組み合わせで定めた出力毎の動作点を繋げた動作線に基づいて内燃機関の動作を制御する。前記動作線上の所定動作点において発生した異常燃焼を検出する。前記異常燃焼が検出された場合は、前記動作線を、前記異常燃焼が検出された動作点及びその周辺の動作点を等出力線上の高回転側に変更した変更後動作線に変更する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関と車輪との間に無段変速機を備える車両の制御を実行するのに好適な車両の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に開示されるように、プレイグニッションの発生を検出する構成とした内燃機関の制御装置が知られている。プレイグニッションとは、筒内の混合気が点火プラグにより点火される前に、点火プラグの熱等によって自然着火する異常燃焼の１つである。プレイグニッションが発生すると、これに伴ってノッキングが誘発されるので、ピストン等に過大な負荷がかかるおそれがある。このため、プレイグニッションを回避することが望まれる。特許文献１では、燃焼圧センサやイオンセンサによりプレイグニッションの発生時や発生直前の状態を検出して、プレイグニッションに対応するようにしている。
【０００３】
また、特許文献２乃至４に開示されるように、無段変速機（ＣＶＴ：Continuously Variable Transmission）を備えた車両が知られている。特許文献４には、ノッキングが発生する場合に、無段変速機の変速比とスロットル開度を変更して、これを回避することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１１７３２５号公報
【特許文献２】特開２００３−１８４６２４号公報
【特許文献３】特開２００７−１６２６４９号公報
【特許文献４】特公平４−２８９３９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、高負荷低回転領域にある異常燃焼領域は経時変化により拡大し、エンジン１０の運転状態を制御するためエンジン回転数とトルクとの関係を定めた動作線の一部が、拡大した異常燃焼領域に含まれる状態となりうる。上記特許文献には、この動作線の適切な変更手法について示されていない。そのため、内燃機関と無段変速機を備えた車両において、経時変化によるプレイグニッション等の異常燃焼が発生した場合に、ドライバビリティを確保しつつ、異常燃焼領域を回避することのできる好適な動作線の変更手法が求められる。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、内燃機関と無段変速機を備えた車両において、適切に動作線を変更して、ドライバビリティを確保しつつ異常燃焼領域を回避することのできる車両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】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関と、当該内燃機関に接続され変速制御によりエンジン回転数を変更可能な無段変速機とを備える車両の制御装置であって、
前記内燃機関のトルクとエンジン回転数との組み合わせで定めた出力毎の動作点を繋げた動作線に基づいて内燃機関の動作を制御する内燃機関制御手段と、
前記動作線上の所定動作点において発生した異常燃焼を検出する異常燃焼検出手段と、
前記異常燃焼が検出された場合は、前記動作線を、前記異常燃焼が検出された動作点及びその周辺の動作点を等出力線上の高回転側に変更した変更後動作線に変更する動作線変更手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記周辺の動作点は、トルクをＴＱ、エンジン回転数をＮＥとした場合に前記変更後動作線の傾向ｄＴＱ／ｄＮＥが単調減少となるように変更されることを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第２の発明において、
前記周辺の動作点は、トルクをＴＱ、エンジン回転数をＮＥとした場合に前記変更後動作線の傾向ｄ２ＴＱ／ｄＮＥ２が単調減少となるように変更されることを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明において、
前記異常燃焼が検出された後、減速する場合は、減速開始後所定時間は前記動作線を高回転側に補正する補正手段を更に備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、異常燃焼が検出された場合に、異常燃焼が発生した動作点とその周辺の動作点とを等出力線上の高回転側に変更する。高回転側に変更することにより、変更後動作線が異常発生領域に入らないように変更することができる。また、周辺の動作点も変更するため、変更後動作線は不連続にならず、ドライバビリティを確保しつつ、異常燃焼を回避することができる。また、第１の発明によれば、無段変速機の変速比を制御してエンジン回転数を高回転側に変更することができ、変更後動作線に基づいて内燃機関の動作を制御することができる。
【００１２】
第２の発明によれば、変更後動作線の傾向ｄＴＱ／ｄＮＥが単調減少となるため、好適なドライバビリティを確保することができる。
【００１３】
第３の発明によれば、変更後動作線の傾向ｄ２ＴＱ／ｄＮＥ２が単調減少となるため、好適なドライバビリティを確保することができる。
【００１４】
減速時には一時的に異常燃焼領域が拡大するところ、第４の発明によれば、動作線を高回転側に補正して、異常燃焼領域に動作線が入ることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態１におけるエンジンの制御マップを示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ５０が実行する動作線を変更する制御ルーチンのフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１において、異常燃焼が発生した動作点のみを変更した場合（動作線５５）と、周辺の動作点も修正した場合（動作線５６）の動作線の傾向ｄＴＱ／ｄＮＥの違いについて説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態２における異常燃焼領域及び動作線を示す制御マップである。
【図８】本発明の実施の形態２における（１）式に用いる動作線の基準変更量ΔＮＥ０及び補正係数ｋの傾向を定めたマップである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１７】
実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１及び図２は、本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための図である。図１に示す車両はガソリン等を燃料として用いる内燃機関（以下、単にエンジンという。）１０を備えている。エンジン１０の出力軸には、無段変速機１１が接続されている。無段変速機１１は、エンジン１０と車輪との間に設けられている。
【００１８】
エンジン１０は複数の気筒１２を有している。図２には、そのうち１つの気筒１２が表されている。エンジン１０には、筒内に燃料を供給する燃料噴射弁１４と、筒内の混合気に点火する点火プラグ１６が取付けられている。気筒１２には、筒内を往復運動するピストン１８が設けられている。ピストン１８の往復運動は、クランク軸の回転運動に変換される。クランク軸の近傍には、クランク軸の回転角（クランク角）を検出するためのクランク角センサ２０が設けられている。
【００１９】
筒内の燃焼室２２には、吸気通路２４および排気通路２６が接続されている。吸気通路２４には、エアクリーナ３０が設けられている。エアクリーナ３０の下流には、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ３２が設けられている。エアフローメータ３２の下流には、過給を行うための過給機３４が設けられている。過給機３４の下流には、インタークーラ３６が設けられている。インタークーラ３６の下流には、電子制御式のスロットル３８が設けられている。スロットル３８の近傍には、スロットル開度を検出するためのスロットル開度センサ４０が設けられている。吸気通路２４の下流端には、吸気通路２４と燃焼室２２との間を開閉する吸気バルブ４２が設けられている。また、排気通路２６の上流端には、排気通路２６と燃焼室２２との間を開閉する排気バルブ４４が設けられている。
【００２０】
本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０の入力部には、上述のクランク角センサ２０、エアフローメータ３２、スロットル開度センサ４０の他、ノッキングを検出するノックセンサ５１等の各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力部には、上述の無段変速機１１、燃料噴射弁１４、点火プラグ１６、スロットル３８等の各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、各種センサからの入力情報に基づいて所定のプログラムを実行し、各種アクチュエータを作動させることにより、エンジン１０の運転状態を制御する。
【００２１】
図３は、エンジン１０の制御マップを示す図である。制御マップは、縦軸をエンジン１０のトルクＴＱ、横軸をエンジン１０のエンジン回転数ＮＥとし、座標平面に動作線５４が記録されている。この制御マップはＥＣＵ５０に予め記憶されている。また、等高線６０〜６４は燃費率を表している。燃費率は等高線６０側ほど高い。また、線７０〜７４は等出力線を表している。等出力線は、エンジン１０の出力を一定とした場合のトルクＴＱとエンジン回転数ＮＥとの関係線である。等出力線は、トルクＴＱ及びエンジン回転数ＮＥの積で定義される。
【００２２】
制御マップは、通常時において異常燃焼が発生することなく燃費率が最適になるように設定された動作線５４（以下、通常時動作線５４ともいう。）を含んでいる。ＥＣＵ５０は、動作線に基づいてエンジン１０の運転状態を制御する。ＥＣＵ５０は、通常時は動作線５４に基づいて制御するが、動作線が変更された場合には変更後の動作線５６（以下、変更後動作線５６ともいう。）に基づいて制御する。
【００２３】
動作線に基づいて制御するとは、典型的には、アクセルの踏込量に呼応して要求されている出力を達成する動作線（即ち、設計上好ましいとされる或いは意図されている動作を行う際のトルクとエンジン回転数との関係線）上で、トルクＴＱとエンジン回転数ＮＥとの組み合わせを一つ決めることである。この際、組み合わせは、通常時動作線５４又は変更後動作線５６と、要求された出力に対応する等出力線との交点（動作点）として、一義的に定められる。ＥＣＵ５０は、この動作点に示すトルクＴＱ及びエンジン回転数ＮＥの組み合わせとなるように各種アクチュエータの状態を決定する。例えば、ＥＣＵ５０は、スロットル３８の開度や吸気バルブ４２の開弁時期等を制御することにより吸入空気量を変更し、負荷率を変更し、トルクＴＱを制御する。また、無段変速機１１の変速比を制御することによりエンジン回転数ＮＥを制御する。なお、動作線は、これらの動作点を繋げたものとして規定される。
【００２４】
［実施の形態１における特徴的制御］
ところで、過給機付きガソリンエンジンであるエンジン１０において、経時変化によるプレイグニッション等の異常燃焼が発生する場合がある。このような場合には、高負荷低回転領域にある異常燃焼領域が、図３に示すように動作線５４の一部にかかるまで拡大された状態となっている。動作点８０において異常燃焼が発生すると、異常燃焼に伴ってノッキングが誘発されるので、ピストン等に過大な負荷がかかるおそれがある。そのため、異常燃焼を回避して、エンジン１０の破損を防止する必要がある。
【００２５】
そこで、本実施の形態に係るシステムでは、異常燃焼が検出された場合には、通常時動作線５４を等出力線上の高回転側の変更後動作線５６に変更する。そして、無段変速機１１の変速制御によりエンジン回転数ＮＥを高回転側に変更することにより、変更後動作線５６に基づいてエンジン１０の動作を制御することとした。
【００２６】
図４を用いて、図３に示す通常時動作線５４を高回転側の変更後動作線５６に変更する本制御の概略について説明する。図４は、動作線を変更する制御ルーチンのフローチャートである。本ルーチンでは、まず、ＥＣＵ５０は、通常時動作線５４上の所定動作点における筒内の燃焼状態が、通常燃焼であるか異常燃焼であるか判定する（ステップ１００）。異常燃焼の発生は、例えばノックセンサ５１により検出することができる。通常燃焼であると判定された場合には、その後本ルーチンは終了される。
【００２７】
一方、異常燃焼であると判定された場合には、ＥＣＵ５０は、異常燃焼が発生した動作点８０におけるエンジン回転数ＮＥとトルクＴＱを取得する（ステップＳ１１０）。
【００２８】
次に、ＥＣＵ５０は、異常燃焼が発生した動作点８０を、等出力線ｋｉ上の高回転側の動作点８１（図３）に変更する（ステップＳ１２０）。この変更量は事前に決定されているものとする。動作点が変更されることにより動作線５４が動作線５５（図３）に変更される。
【００２９】
加えて、図３に示す動作点８０の周辺の動作点７８、８２が、等出力線上の高回転側の動作点７９、８３に変更される（ステップＳ１３０）。これにより動作線５５が動作線５６に変更される（図３）。異常燃焼が発生した動作点のみならず、その周辺の動作点も高回転側に変更することにより、動作線が不連続となることを防止し、ドライバビリティや商品性の悪化を抑制することができる。
【００３０】
その後、ＥＣＵ５０は、無段変速機１１の変速比を制御してエンジン回転数ＮＥを高回転側に変更することにより、変更後動作線５６に基づいてエンジン１０の動作を制御する。この制御は、エンジン１０の経時変化による異常燃焼のしやすさを考慮したものであるため、通常時動作線５４への復帰はさせない。
【００３１】
上述したステップＳ１３０の処理の詳細、すなわち、異常燃焼が発生した動作点の周辺の動作点の変更手法について詳説する。図５は、異常燃焼が発生した動作点のみを変更した場合（動作線５５）と、周辺の動作点も修正した場合（動作線５６）の動作線の傾向ｄＴＱ／ｄＮＥの違いについて説明するための図である。
【００３２】
上述した通り経時変化により異常燃焼領域が拡大し、図３に示す動作点８０が異常燃焼領域に入った場合、ＥＣＵ５０は動作点を、動作点８０から等出力線ｋｉ（等出力線７３）上の動作点８１に変化させる（図３）。しかしながら、異常燃焼が発生した動作点８０のみを変更し、その周辺の動作点を変更しない場合は、図５の動作線５５に示すように動作線が不連続となり、ドライバビリティや商品性に悪影響を与えてしまう。例えば、図３に示す周辺の動作点８２を変更しない場合には、図５に示すようにｄＴＱ／ｄＮＥが大きく上昇することとなり、ドライバビリティや商品性が悪化する。
【００３３】
そこで、本実施形態のシステムでは、周辺の動作線の変更につき、ｄＴＱ／ｄＮＥが単調減少するように設定する。加えて、ｄ２ＴＱ／ｄＮＥ２が単調減少するように設定する。さらに、ラバーバンドフィールを無くすため、ｄＴＱ／ｄＮの下限値を設定し、それを下回らないように設定する。
【００３４】
図６は、上述の特徴的制御を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、図４に示すルーチンをより詳細に示したものであり、ステップＳ１２０の処理がステップＳ１２１に、ステップＳ１３０の処理がステップＳ１３１〜ステップＳ１３３に置き換えられている点を除き、図４に示すルーチンと同様である。以下、図６において、図４に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００３５】
図６に示すルーチンでは、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１２１において、ステップＳ１２０と同様に異常燃焼が発生した通常時動作線５４上の動作点８０（図３）を、等出力線ｋｉ上で高回転側に変更する。動作点の変更幅は事前に適合しておく。以下の説明において、異常燃焼が発生した動作点８０のエンジン回転数ＮＥ、トルクＴＱを条件Ａと記載する。
【００３６】
次に、ＥＣＵ５０は、異常燃焼が発生した動作点の周辺の動作点を適切に変更する。まず、動作線のトルクＴＱ−エンジン回転数ＮＥ傾向より、動作線５５の傾きｄＴＱ／ｄＮＥが算出される（ステップＳ１３１）。
【００３７】
続いて、条件Ａよりも高回転側の動作線の傾きｄＴＱ／ｄＮＥが修正される（ステップＳ１３２）。具体的には、ＥＣＵ５０は、高回転側の動作点の変更量を、ｄＴＱ／ｄＮＥが単調減少となるように、かつ、ｄ２ＴＱ／ｄＮＥ２が単調減少となるように設定する。加えて、ｄＴＱ／ｄＮＥが下限値を下回らないように設定する。
【００３８】
さらに、条件Ａよりも低回転側のｄＴＱ／ｄＮＥが修正される（ステップＳ１３３）。具体的には、ＥＣＵ５０は、低回転側の動作点の変更量を、ｄＴＱ／ｄＮＥが単調減少となるように、かつ、ｄ２ＴＱ／ｄＮＥ２が単調減少となるように設定する。加えて、ｄＴＱ／ｄＮＥが所定値以下となるように設定する。
【００３９】
以上説明したように、図６に示すルーチンによれば、異常燃焼が検出された場合に、異常燃焼が発生した動作点８０とその周辺の動作点７８、８２とを等出力線上の高回転側に変更することができる。高回転側に変更することにより、変更後動作線５６が異常発生領域に入らないように変更することができる。また、動作線を変更するにあたり、ｄＴＱ／ｄＮＥ及びｄ２ＴＱ／ｄＮＥ２が単調減少するように設定することで、ドライバビリティや商品性に悪影響を及ぼすことを抑制している。また、ｄＴＱ／ｄＮＥが下限値を下回らないように設定することで、ラバーバンドフィールを無くすことができる。このように、本実施の形態のシステムによれば、経時変化により異常燃焼が発生する状態となっても、ドライバビリティを確保しつつ、異常燃焼を回避しエンジンの破損を防ぐことができる。本制御は、特に過給機を備えたエンジンに適している。
【００４０】
本発明が適用されるエンジンは、上述の実施の形態のような筒内直噴エンジンには限定されない。ポート噴射式のエンジンにも本発明の適用は可能である。この点は以下の実施の形態でも同様である。
【００４１】
尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップＳ１００の処理を実行することにより前記第１の発明における「異常燃焼検出手段」が、上記ステップＳ１２１及びステップＳ１３１−Ｓ１３３の処理を実行することにより前記第１の発明における「動作線変更手段」が、それぞれ実現されている。
【００４２】
実施の形態２．
次に、図７〜図８を参照して本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態のシステムは図１及び図２に示す構成において、ＥＣＵ５０に後述する動作線の補正制御を実施させることで実現することができる。
【００４３】
［実施の形態２における特徴的制御］
上述した実施の形態１では、経時変化によるプレイグニッション等の異常燃焼発生時に、動作線を高回転側に変更し、変更後の動作線に従って運転状態を制御することで異常燃焼の発生を抑制することとした。ところで、減速時は筒内壁温度が定常状態よりも高いため異常燃焼が発生しやすい。ノッキングの場合ならば点火時期遅角による回避も可能だが、経時変化によるプレイグニッション等の異常燃焼は点火次期遅角では回避できない。そのため、別途回避処理が必要となる。
【００４４】
減速時における異常燃焼の回避処理について図７、図８を用いて説明する。図７は、異常燃焼領域及び動作線を示す制御マップである。図７に示すように減速直後の異常燃焼領域は低負荷高回転側に拡大される。そのため、経時変化により異常燃焼が発生し易くなっている場合には、減速時に通常時動作線５４の一部が異常燃焼領域に入ってしまう可能性がある。そこで、本実施の形態のシステムでは、減速開始後所定時間は、動作線を高回転側に補正することとした（補正後動作線５７）。
【００４５】
ＥＣＵ５０は、減速開始後所定時間の間、動作線を次の（１）式に基づいて変更する（１）式の、ΔＮＥは最終的な動作線の変更量、ｋは補正係数、ΔＮＥ０は動作線の基準変更量である。
ΔＮＥ（ｔ）＝ｋ（ｔ）×ΔＮＥ０ ・・・（１）
【００４６】
図８は、（１）式に用いる動作線の基準変更量ΔＮＥ０及び補正係数ｋの傾向を定めたマップである。動作線の基準変更量ΔＮＥ０は、図８（Ａ）に示すように、中低出力域から中出力域にかけて単調増加し、中出力域において一定値となり、中高出力域から高出力域にかけて単調減少するように定められている。補正係数ｋは、図８（Ｂ）に示すように、時間経過に伴い減衰するように定められている。
【００４７】
ＥＣＵ５０は、経時変化により異常燃焼が発生しやすくなった場合における減速時に、通常時動作線５４に対して（１）式により算出される動作線の変更量ΔＮＥを反映して補正後動作線５７を算出する。図８（Ａ）に示す傾向のマップが用いられることにより、通常時動作線５４から大きく乖離することなく、拡大された異常燃焼領域を回避することができる。また、図８（Ｂ）に示す傾向のマップを用いることにより、減速による異常燃焼が懸念される期間のみ動作線を変更し、その後は最適な動作線で内燃機関の動作を制御することができる。
【００４８】
ところで、上述した実施の形態２のシステムにおいては、通常時動作線５４に対して（１）式に基づく補正を実施することとしているが、実施の形態１で述べた変更後動作線５６に対して（１）式に基づく補正を実施することとしても良い。
【符号の説明】
【００４９】
１０ エンジン
１１ 無段変速機
１２ 気筒
１４ 燃料噴射弁
１６ 点火プラグ
２０ クランク角センサ
２４ 吸気通路
２６ 排気通路
３２ エアフローメータ
３４ 過給機
３８ スロットル
４０ スロットル開度センサ
４２ 吸気バルブ
４４ 排気バルブ
５０ ＥＣＵ
５１ ノックセンサ
５４ 通常時動作線
５６ 変更後動作線
５７ 補正後動作線
６０−６４ 等高線
７０−７４ 等出力線
７８−８３ 動作点
ＮＥ エンジン回転数
ＴＱ トルク
ΔＮＥ０ 動作線の基準変更量
ｋ 補正係数
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関と車輪との間に無段変速機を備える車両の制御を実行するのに好適な車両の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に開示されるように、プレイグニッションの発生を検出する構成とした内燃機関の制御装置が知られている。プレイグニッションとは、筒内の混合気が点火プラグにより点火される前に、点火プラグの熱等によって自然着火する異常燃焼の１つである。プレイグニッションが発生すると、これに伴ってノッキングが誘発されるので、ピストン等に過大な負荷がかかるおそれがある。このため、プレイグニッションを回避することが望まれる。特許文献１では、燃焼圧センサやイオンセンサによりプレイグニッションの発生時や発生直前の状態を検出して、プレイグニッションに対応するようにしている。
【０００３】
また、特許文献２乃至４に開示されるように、無段変速機（ＣＶＴ：Continuously Variable Transmission）を備えた車両が知られている。特許文献４には、ノッキングが発生する場合に、無段変速機の変速比とスロットル開度を変更して、これを回避することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１１７３２５号公報
【特許文献２】特開２００３−１８４６２４号公報
【特許文献３】特開２００７−１６２６４９号公報
【特許文献４】特公平４−２８９３９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、高負荷低回転領域にある異常燃焼領域は経時変化により拡大し、エンジン１０の運転状態を制御するためエンジン回転数とトルクとの関係を定めた動作線の一部が、拡大した異常燃焼領域に含まれる状態となりうる。上記特許文献には、この動作線の適切な変更手法について示されていない。そのため、内燃機関と無段変速機を備えた車両において、経時変化によるプレイグニッション等の異常燃焼が発生した場合に、ドライバビリティを確保しつつ、異常燃焼領域を回避することのできる好適な動作線の変更手法が求められる。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、内燃機関と無段変速機を備えた車両において、適切に動作線を変更して、ドライバビリティを確保しつつ異常燃焼領域を回避することのできる車両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】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関と、当該内燃機関に接続され変速制御によりエンジン回転数を変更可能な無段変速機とを備える車両の制御装置であって、
前記内燃機関のトルクとエンジン回転数との組み合わせで定めた出力毎の動作点を繋げた動作線に基づいて内燃機関の動作を制御する内燃機関制御手段と、
前記動作線上の所定動作点において発生した異常燃焼を検出する異常燃焼検出手段と、
前記異常燃焼が検出された場合は、前記動作線を、前記異常燃焼が検出された動作点及びその周辺の動作点を等出力線上の高回転側に変更した変更後動作線に変更する動作線変更手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記周辺の動作点は、トルクをＴＱ、エンジン回転数をＮＥとした場合に前記変更後動作線の傾向ｄＴＱ／ｄＮＥが単調減少となるように変更されることを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第２の発明において、
前記周辺の動作点は、トルクをＴＱ、エンジン回転数をＮＥとした場合に前記変更後動作線の傾向ｄ２ＴＱ／ｄＮＥ２が単調減少となるように変更されることを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明において、
前記異常燃焼が検出された後、減速する場合は、減速開始後所定時間は前記動作線を高回転側に補正する補正手段を更に備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、異常燃焼が検出された場合に、異常燃焼が発生した動作点とその周辺の動作点とを等出力線上の高回転側に変更する。高回転側に変更することにより、変更後動作線が異常発生領域に入らないように変更することができる。また、周辺の動作点も変更するため、変更後動作線は不連続にならず、ドライバビリティを確保しつつ、異常燃焼を回避することができる。また、第１の発明によれば、無段変速機の変速比を制御してエンジン回転数を高回転側に変更することができ、変更後動作線に基づいて内燃機関の動作を制御することができる。
【００１２】
第２の発明によれば、変更後動作線の傾向ｄＴＱ／ｄＮＥが単調減少となるため、好適なドライバビリティを確保することができる。
【００１３】
第３の発明によれば、変更後動作線の傾向ｄ２ＴＱ／ｄＮＥ２が単調減少となるため、好適なドライバビリティを確保することができる。
【００１４】
減速時には一時的に異常燃焼領域が拡大するところ、第４の発明によれば、動作線を高回転側に補正して、異常燃焼領域に動作線が入ることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態１におけるエンジンの制御マップを示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ５０が実行する動作線を変更する制御ルーチンのフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１において、異常燃焼が発生した動作点のみを変更した場合（動作線５５）と、周辺の動作点も修正した場合（動作線５６）の動作線の傾向ｄＴＱ／ｄＮＥの違いについて説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態２における異常燃焼領域及び動作線を示す制御マップである。
【図８】本発明の実施の形態２における（１）式に用いる動作線の基準変更量ΔＮＥ０及び補正係数ｋの傾向を定めたマップである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１７】
実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１及び図２は、本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための図である。図１に示す車両はガソリン等を燃料として用いる内燃機関（以下、単にエンジンという。）１０を備えている。エンジン１０の出力軸には、無段変速機１１が接続されている。無段変速機１１は、エンジン１０と車輪との間に設けられている。
【００１８】
エンジン１０は複数の気筒１２を有している。図２には、そのうち１つの気筒１２が表されている。エンジン１０には、筒内に燃料を供給する燃料噴射弁１４と、筒内の混合気に点火する点火プラグ１６が取付けられている。気筒１２には、筒内を往復運動するピストン１８が設けられている。ピストン１８の往復運動は、クランク軸の回転運動に変換される。クランク軸の近傍には、クランク軸の回転角（クランク角）を検出するためのクランク角センサ２０が設けられている。
【００１９】
筒内の燃焼室２２には、吸気通路２４および排気通路２６が接続されている。吸気通路２４には、エアクリーナ３０が設けられている。エアクリーナ３０の下流には、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ３２が設けられている。エアフローメータ３２の下流には、過給を行うための過給機３４が設けられている。過給機３４の下流には、インタークーラ３６が設けられている。インタークーラ３６の下流には、電子制御式のスロットル３８が設けられている。スロットル３８の近傍には、スロットル開度を検出するためのスロットル開度センサ４０が設けられている。吸気通路２４の下流端には、吸気通路２４と燃焼室２２との間を開閉する吸気バルブ４２が設けられている。また、排気通路２６の上流端には、排気通路２６と燃焼室２２との間を開閉する排気バルブ４４が設けられている。
【００２０】
本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０の入力部には、上述のクランク角センサ２０、エアフローメータ３２、スロットル開度センサ４０の他、ノッキングを検出するノックセンサ５１等の各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力部には、上述の無段変速機１１、燃料噴射弁１４、点火プラグ１６、スロットル３８等の各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、各種センサからの入力情報に基づいて所定のプログラムを実行し、各種アクチュエータを作動させることにより、エンジン１０の運転状態を制御する。
【００２１】
図３は、エンジン１０の制御マップを示す図である。制御マップは、縦軸をエンジン１０のトルクＴＱ、横軸をエンジン１０のエンジン回転数ＮＥとし、座標平面に動作線５４が記録されている。この制御マップはＥＣＵ５０に予め記憶されている。また、等高線６０〜６４は燃費率を表している。燃費率は等高線６０側ほど高い。また、線７０〜７４は等出力線を表している。等出力線は、エンジン１０の出力を一定とした場合のトルクＴＱとエンジン回転数ＮＥとの関係線である。等出力線は、トルクＴＱ及びエンジン回転数ＮＥの積で定義される。
【００２２】
制御マップは、通常時において異常燃焼が発生することなく燃費率が最適になるように設定された動作線５４（以下、通常時動作線５４ともいう。）を含んでいる。ＥＣＵ５０は、動作線に基づいてエンジン１０の運転状態を制御する。ＥＣＵ５０は、通常時は動作線５４に基づいて制御するが、動作線が変更された場合には変更後の動作線５６（以下、変更後動作線５６ともいう。）に基づいて制御する。
【００２３】
動作線に基づいて制御するとは、典型的には、アクセルの踏込量に呼応して要求されている出力を達成する動作線（即ち、設計上好ましいとされる或いは意図されている動作を行う際のトルクとエンジン回転数との関係線）上で、トルクＴＱとエンジン回転数ＮＥとの組み合わせを一つ決めることである。この際、組み合わせは、通常時動作線５４又は変更後動作線５６と、要求された出力に対応する等出力線との交点（動作点）として、一義的に定められる。ＥＣＵ５０は、この動作点に示すトルクＴＱ及びエンジン回転数ＮＥの組み合わせとなるように各種アクチュエータの状態を決定する。例えば、ＥＣＵ５０は、スロットル３８の開度や吸気バルブ４２の開弁時期等を制御することにより吸入空気量を変更し、負荷率を変更し、トルクＴＱを制御する。また、無段変速機１１の変速比を制御することによりエンジン回転数ＮＥを制御する。なお、動作線は、これらの動作点を繋げたものとして規定される。
【００２４】
［実施の形態１における特徴的制御］
ところで、過給機付きガソリンエンジンであるエンジン１０において、経時変化によるプレイグニッション等の異常燃焼が発生する場合がある。このような場合には、高負荷低回転領域にある異常燃焼領域が、図３に示すように動作線５４の一部にかかるまで拡大された状態となっている。動作点８０において異常燃焼が発生すると、異常燃焼に伴ってノッキングが誘発されるので、ピストン等に過大な負荷がかかるおそれがある。そのため、異常燃焼を回避して、エンジン１０の破損を防止する必要がある。
【００２５】
そこで、本実施の形態に係るシステムでは、異常燃焼が検出された場合には、通常時動作線５４を等出力線上の高回転側の変更後動作線５６に変更する。そして、無段変速機１１の変速制御によりエンジン回転数ＮＥを高回転側に変更することにより、変更後動作線５６に基づいてエンジン１０の動作を制御することとした。
【００２６】
図４を用いて、図３に示す通常時動作線５４を高回転側の変更後動作線５６に変更する本制御の概略について説明する。図４は、動作線を変更する制御ルーチンのフローチャートである。本ルーチンでは、まず、ＥＣＵ５０は、通常時動作線５４上の所定動作点における筒内の燃焼状態が、通常燃焼であるか異常燃焼であるか判定する（ステップ１００）。異常燃焼の発生は、例えばノックセンサ５１により検出することができる。通常燃焼であると判定された場合には、その後本ルーチンは終了される。
【００２７】
一方、異常燃焼であると判定された場合には、ＥＣＵ５０は、異常燃焼が発生した動作点８０におけるエンジン回転数ＮＥとトルクＴＱを取得する（ステップＳ１１０）。
【００２８】
次に、ＥＣＵ５０は、異常燃焼が発生した動作点８０を、等出力線ｋｉ上の高回転側の動作点８１（図３）に変更する（ステップＳ１２０）。この変更量は事前に決定されているものとする。動作点が変更されることにより動作線５４が動作線５５（図３）に変更される。
【００２９】
加えて、図３に示す動作点８０の周辺の動作点７８、８２が、等出力線上の高回転側の動作点７９、８３に変更される（ステップＳ１３０）。これにより動作線５５が動作線５６に変更される（図３）。異常燃焼が発生した動作点のみならず、その周辺の動作点も高回転側に変更することにより、動作線が不連続となることを防止し、ドライバビリティや商品性の悪化を抑制することができる。
【００３０】
その後、ＥＣＵ５０は、無段変速機１１の変速比を制御してエンジン回転数ＮＥを高回転側に変更することにより、変更後動作線５６に基づいてエンジン１０の動作を制御する。この制御は、エンジン１０の経時変化による異常燃焼のしやすさを考慮したものであるため、通常時動作線５４への復帰はさせない。
【００３１】
上述したステップＳ１３０の処理の詳細、すなわち、異常燃焼が発生した動作点の周辺の動作点の変更手法について詳説する。図５は、異常燃焼が発生した動作点のみを変更した場合（動作線５５）と、周辺の動作点も修正した場合（動作線５６）の動作線の傾向ｄＴＱ／ｄＮＥの違いについて説明するための図である。
【００３２】
上述した通り経時変化により異常燃焼領域が拡大し、図３に示す動作点８０が異常燃焼領域に入った場合、ＥＣＵ５０は動作点を、動作点８０から等出力線ｋｉ（等出力線７３）上の動作点８１に変化させる（図３）。しかしながら、異常燃焼が発生した動作点８０のみを変更し、その周辺の動作点を変更しない場合は、図５の動作線５５に示すように動作線が不連続となり、ドライバビリティや商品性に悪影響を与えてしまう。例えば、図３に示す周辺の動作点８２を変更しない場合には、図５に示すようにｄＴＱ／ｄＮＥが大きく上昇することとなり、ドライバビリティや商品性が悪化する。
【００３３】
そこで、本実施形態のシステムでは、周辺の動作線の変更につき、ｄＴＱ／ｄＮＥが単調減少するように設定する。加えて、ｄ２ＴＱ／ｄＮＥ２が単調減少するように設定する。さらに、ラバーバンドフィールを無くすため、ｄＴＱ／ｄＮの下限値を設定し、それを下回らないように設定する。
【００３４】
図６は、上述の特徴的制御を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、図４に示すルーチンをより詳細に示したものであり、ステップＳ１２０の処理がステップＳ１２１に、ステップＳ１３０の処理がステップＳ１３１〜ステップＳ１３３に置き換えられている点を除き、図４に示すルーチンと同様である。以下、図６において、図４に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００３５】
図６に示すルーチンでは、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１２１において、ステップＳ１２０と同様に異常燃焼が発生した通常時動作線５４上の動作点８０（図３）を、等出力線ｋｉ上で高回転側に変更する。動作点の変更幅は事前に適合しておく。以下の説明において、異常燃焼が発生した動作点８０のエンジン回転数ＮＥ、トルクＴＱを条件Ａと記載する。
【００３６】
次に、ＥＣＵ５０は、異常燃焼が発生した動作点の周辺の動作点を適切に変更する。まず、動作線のトルクＴＱ−エンジン回転数ＮＥ傾向より、動作線５５の傾きｄＴＱ／ｄＮＥが算出される（ステップＳ１３１）。
【００３７】
続いて、条件Ａよりも高回転側の動作線の傾きｄＴＱ／ｄＮＥが修正される（ステップＳ１３２）。具体的には、ＥＣＵ５０は、高回転側の動作点の変更量を、ｄＴＱ／ｄＮＥが単調減少となるように、かつ、ｄ２ＴＱ／ｄＮＥ２が単調減少となるように設定する。加えて、ｄＴＱ／ｄＮＥが下限値を下回らないように設定する。
【００３８】
さらに、条件Ａよりも低回転側のｄＴＱ／ｄＮＥが修正される（ステップＳ１３３）。具体的には、ＥＣＵ５０は、低回転側の動作点の変更量を、ｄＴＱ／ｄＮＥが単調減少となるように、かつ、ｄ２ＴＱ／ｄＮＥ２が単調減少となるように設定する。加えて、ｄＴＱ／ｄＮＥが所定値以下となるように設定する。
【００３９】
以上説明したように、図６に示すルーチンによれば、異常燃焼が検出された場合に、異常燃焼が発生した動作点８０とその周辺の動作点７８、８２とを等出力線上の高回転側に変更することができる。高回転側に変更することにより、変更後動作線５６が異常発生領域に入らないように変更することができる。また、動作線を変更するにあたり、ｄＴＱ／ｄＮＥ及びｄ２ＴＱ／ｄＮＥ２が単調減少するように設定することで、ドライバビリティや商品性に悪影響を及ぼすことを抑制している。また、ｄＴＱ／ｄＮＥが下限値を下回らないように設定することで、ラバーバンドフィールを無くすことができる。このように、本実施の形態のシステムによれば、経時変化により異常燃焼が発生する状態となっても、ドライバビリティを確保しつつ、異常燃焼を回避しエンジンの破損を防ぐことができる。本制御は、特に過給機を備えたエンジンに適している。
【００４０】
本発明が適用されるエンジンは、上述の実施の形態のような筒内直噴エンジンには限定されない。ポート噴射式のエンジンにも本発明の適用は可能である。この点は以下の実施の形態でも同様である。
【００４１】
尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップＳ１００の処理を実行することにより前記第１の発明における「異常燃焼検出手段」が、上記ステップＳ１２１及びステップＳ１３１−Ｓ１３３の処理を実行することにより前記第１の発明における「動作線変更手段」が、それぞれ実現されている。
【００４２】
実施の形態２．
次に、図７〜図８を参照して本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態のシステムは図１及び図２に示す構成において、ＥＣＵ５０に後述する動作線の補正制御を実施させることで実現することができる。
【００４３】
［実施の形態２における特徴的制御］
上述した実施の形態１では、経時変化によるプレイグニッション等の異常燃焼発生時に、動作線を高回転側に変更し、変更後の動作線に従って運転状態を制御することで異常燃焼の発生を抑制することとした。ところで、減速時は筒内壁温度が定常状態よりも高いため異常燃焼が発生しやすい。ノッキングの場合ならば点火時期遅角による回避も可能だが、経時変化によるプレイグニッション等の異常燃焼は点火次期遅角では回避できない。そのため、別途回避処理が必要となる。
【００４４】
減速時における異常燃焼の回避処理について図７、図８を用いて説明する。図７は、異常燃焼領域及び動作線を示す制御マップである。図７に示すように減速直後の異常燃焼領域は低負荷高回転側に拡大される。そのため、経時変化により異常燃焼が発生し易くなっている場合には、減速時に通常時動作線５４の一部が異常燃焼領域に入ってしまう可能性がある。そこで、本実施の形態のシステムでは、減速開始後所定時間は、動作線を高回転側に補正することとした（補正後動作線５７）。
【００４５】
ＥＣＵ５０は、減速開始後所定時間の間、動作線を次の（１）式に基づいて変更する（１）式の、ΔＮＥは最終的な動作線の変更量、ｋは補正係数、ΔＮＥ０は動作線の基準変更量である。
ΔＮＥ（ｔ）＝ｋ（ｔ）×ΔＮＥ０ ・・・（１）
【００４６】
図８は、（１）式に用いる動作線の基準変更量ΔＮＥ０及び補正係数ｋの傾向を定めたマップである。動作線の基準変更量ΔＮＥ０は、図８（Ａ）に示すように、中低出力域から中出力域にかけて単調増加し、中出力域において一定値となり、中高出力域から高出力域にかけて単調減少するように定められている。補正係数ｋは、図８（Ｂ）に示すように、時間経過に伴い減衰するように定められている。
【００４７】
ＥＣＵ５０は、経時変化により異常燃焼が発生しやすくなった場合における減速時に、通常時動作線５４に対して（１）式により算出される動作線の変更量ΔＮＥを反映して補正後動作線５７を算出する。図８（Ａ）に示す傾向のマップが用いられることにより、通常時動作線５４から大きく乖離することなく、拡大された異常燃焼領域を回避することができる。また、図８（Ｂ）に示す傾向のマップを用いることにより、減速による異常燃焼が懸念される期間のみ動作線を変更し、その後は最適な動作線で内燃機関の動作を制御することができる。
【００４８】
ところで、上述した実施の形態２のシステムにおいては、通常時動作線５４に対して（１）式に基づく補正を実施することとしているが、実施の形態１で述べた変更後動作線５６に対して（１）式に基づく補正を実施することとしても良い。
【符号の説明】
【００４９】
１０ エンジン
１１ 無段変速機
１２ 気筒
１４ 燃料噴射弁
１６ 点火プラグ
２０ クランク角センサ
２４ 吸気通路
２６ 排気通路
３２ エアフローメータ
３４ 過給機
３８ スロットル
４０ スロットル開度センサ
４２ 吸気バルブ
４４ 排気バルブ
５０ ＥＣＵ
５１ ノックセンサ
５４ 通常時動作線
５６ 変更後動作線
５７ 補正後動作線
６０−６４ 等高線
７０−７４ 等出力線
７８−８３ 動作点
ＮＥ エンジン回転数
ＴＱ トルク
ΔＮＥ０ 動作線の基準変更量
ｋ 補正係数
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、当該内燃機関に接続され、変速制御によりエンジン回転数を変更可能な無段変速機とを備える車両の制御装置であって、
前記内燃機関のトルクとエンジン回転数との組み合わせで定めた出力毎の動作点を繋げた動作線に基づいて内燃機関の動作を制御する内燃機関制御手段と、
前記動作線上の所定動作点において発生した異常燃焼を検出する異常燃焼検出手段と、
前記異常燃焼が検出された場合は、前記動作線を、前記異常燃焼が検出された動作点及びその周辺の動作点を等出力線上の高回転側に変更した変更後動作線に変更する動作線変更手段と、
を備えることを特徴とする車両の制御装置。
【請求項２】
前記周辺の動作点は、トルクをＴＱ、エンジン回転数をＮＥとした場合に前記変更後動作線の傾向ｄＴＱ／ｄＮＥが単調減少となるように変更されること、
を特徴とする請求項１記載の車両の制御装置。
【請求項３】
前記周辺の動作点は、トルクをＴＱ、エンジン回転数をＮＥとした場合に前記変更後動作線の傾向ｄ２ＴＱ／ｄＮＥ２が単調減少となるように変更されること、
を特徴とする請求項２記載の車両の制御装置。
【請求項４】
前記異常燃焼が検出された後、減速する場合は、減速開始後所定時間は前記動作線を高回転側に補正する補正手段、
を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の車両の制御装置。
【請求項１】
内燃機関と、当該内燃機関に接続され、変速制御によりエンジン回転数を変更可能な無段変速機とを備える車両の制御装置であって、
前記内燃機関のトルクとエンジン回転数との組み合わせで定めた出力毎の動作点を繋げた動作線に基づいて内燃機関の動作を制御する内燃機関制御手段と、
前記動作線上の所定動作点において発生した異常燃焼を検出する異常燃焼検出手段と、
前記異常燃焼が検出された場合は、前記動作線を、前記異常燃焼が検出された動作点及びその周辺の動作点を等出力線上の高回転側に変更した変更後動作線に変更する動作線変更手段と、
を備えることを特徴とする車両の制御装置。
【請求項２】
前記周辺の動作点は、トルクをＴＱ、エンジン回転数をＮＥとした場合に前記変更後動作線の傾向ｄＴＱ／ｄＮＥが単調減少となるように変更されること、
を特徴とする請求項１記載の車両の制御装置。
【請求項３】
前記周辺の動作点は、トルクをＴＱ、エンジン回転数をＮＥとした場合に前記変更後動作線の傾向ｄ２ＴＱ／ｄＮＥ２が単調減少となるように変更されること、
を特徴とする請求項２記載の車両の制御装置。
【請求項４】
前記異常燃焼が検出された後、減速する場合は、減速開始後所定時間は前記動作線を高回転側に補正する補正手段、
を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の車両の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−１１３２５７（Ｐ２０１３−１１３２５７Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６１８５２（Ｐ２０１１−２６１８５２）
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【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２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【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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