JP2016094825A - Start control device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、車両駆動源として内燃機関とモータ・ジェネレータとを備えたハイブリッド車両における内燃機関の始動制御装置に関する。 The present invention relates to a start control device for an internal combustion engine in a hybrid vehicle including an internal combustion engine and a motor / generator as vehicle drive sources.
車両駆動源として内燃機関とモータ・ジェネレータとを備えたハイブリッド車両においては、所定の停止条件ならびに再始動条件に従って、内燃機関の停止および始動が行われる。 In a hybrid vehicle including an internal combustion engine and a motor / generator as vehicle drive sources, the internal combustion engine is stopped and started according to predetermined stop conditions and restart conditions.
特許文献1には、このようなハイブリッド車両において、内燃機関の始動の際に、モータ・ジェネレータを利用して機関回転速度を所定の回転速度(例えばアイドル回転速度相当の回転速度)まで上昇させてから、燃料噴射ならびに点火を開始し、燃焼を開始させるようにした始動制御が開示されている。
In
上記のように機関回転速度を所定の回転速度まで上昇させてから燃料噴射ならびに点火を開始するようにした始動制御においては、スタータモータによりクランキングを開始するのとほぼ同時に燃料噴射ならびに点火を開始する一般的な車両用内燃機関の始動制御に比較して、燃焼開始までのモータリングの期間が長い。特に、バッテリの劣化などによりモータ・ジェネレータのトルクが十分に得られないような状況では、所定の回転速度まで上昇するのに要する時間が長くなる。 In the start control in which fuel injection and ignition are started after the engine speed is increased to a predetermined speed as described above, fuel injection and ignition are started almost simultaneously with the start of cranking by the starter motor. Compared to the start control of a general vehicle internal combustion engine, the motoring period until the start of combustion is longer. In particular, in a situation where the torque of the motor / generator cannot be sufficiently obtained due to deterioration of the battery or the like, the time required to increase to a predetermined rotational speed becomes long.
このように内燃機関が長くモータリングされると、筒内の負圧が発達し、これによりいわゆる生ガスが多く発生して、排気通路先端から外部へ放出されてしまう。いわゆる生ガスとは、クランクケース内のオイルに溶け込んでいた燃料が蒸発した燃料成分、オイルそのものの揮発成分、燃料噴射弁の噴口から滲み出た燃料成分、吸気系に導入されたブローバイガスやキャニスタからのパージガス、排気系から吸気系に導入されたEGRガス、排気管から燃焼室内に逆流したガス、等の未燃成分を含むガスあるいは不完全に燃焼した後に残るガス、の総称である。これらのガスは、モータリングに伴うポンプ作用によって外部へ排出されてしまうが、特に、モータリングにより負圧が発達すると、一部のガスは、その発生量が増加することになり、より好ましくない。 Thus, when the internal combustion engine is motored for a long time, a negative pressure in the cylinder develops, so that a large amount of so-called raw gas is generated and discharged to the outside from the tip of the exhaust passage. The so-called raw gas is a fuel component in which the fuel dissolved in the oil in the crankcase has evaporated, a volatile component of the oil itself, a fuel component that has oozed out from the nozzle of the fuel injection valve, a blow-by gas or canister introduced into the intake system Is a general term for gas containing unburned components such as purge gas from the exhaust gas, EGR gas introduced from the exhaust system into the intake system, gas flowing backward from the exhaust pipe into the combustion chamber, or gas remaining after incomplete combustion. These gases are exhausted to the outside due to the pumping action associated with motoring. Particularly, when a negative pressure develops due to motoring, the amount of generated gas is increased, which is not preferable. .
この発明は、車両駆動源として内燃機関とモータ・ジェネレータとを備え、内燃機関の始動要求時に、上記モータ・ジェネレータにより機関回転速度を所定の回転速度まで上昇させてから燃料噴射ならびに点火を開始する内燃機関の始動制御装置において、
上記モータ・ジェネレータによるモータリング中に排出された総ガス量を表すパラメータを求め、機関回転速度が所定の回転速度に達する前に上記パラメータが所定値に達したときに、燃料噴射ならびに点火を開始する、ことを特徴としている。
The present invention includes an internal combustion engine and a motor / generator as vehicle drive sources, and starts fuel injection and ignition after increasing the engine rotational speed to a predetermined rotational speed by the motor / generator when the internal combustion engine is requested to start. In an internal combustion engine start control device,
A parameter that represents the total amount of gas discharged during motoring by the motor / generator is obtained, and fuel injection and ignition are started when the parameter reaches a predetermined value before the engine speed reaches the predetermined speed. It is characterized by that.
上記パラメータとしては、例えば、モータリングによる回転回数(換言すればサイクル数)、モータリング開始からの経過時間、あるいは、1サイクル当たりの吸入空気量とモータリングによる回転回数とから算出した総ガス量、などを用いることができる。 Examples of the parameters include the number of rotations by motoring (in other words, the number of cycles), the elapsed time from the start of motoring, or the total gas amount calculated from the intake air amount per cycle and the number of rotations by motoring. , Etc. can be used.
上記の構成では、通常は、モータ・ジェネレータにより機関回転速度が所定の回転速度に達した段階で燃焼が開始されるが、機関回転速度が所定の回転速度に達する前に上記パラメータが所定値に達した場合には、その段階で燃料噴射ならびに点火を開始して燃焼を開始する。 In the above configuration, usually, combustion starts when the motor / generator reaches a predetermined rotational speed, but the parameter is set to a predetermined value before the engine rotational speed reaches the predetermined rotational speed. When it reaches, fuel injection and ignition are started at that stage and combustion is started.
この発明によれば、バッテリの劣化などによりモータ・ジェネレータによるモータリングによって機関回転速度が所定の回転速度まで上昇するのに長い時間が掛かるような場合には、所定の回転速度まで上昇するのを待たずに燃焼が開始される。従って、いわゆる生ガスの外部への放出が抑制される。特に、長時間のモータリングによる負圧の発達に伴う生ガスの生成そのものを抑制することができる。 According to the present invention, when it takes a long time for the engine speed to increase to a predetermined speed due to motoring by the motor / generator due to deterioration of the battery or the like, the engine speed is increased to the predetermined speed. Combustion starts without waiting. Therefore, the release of so-called raw gas to the outside is suppressed. In particular, the production of raw gas accompanying the development of negative pressure due to long-time motoring can be suppressed.
図1は、この発明が適用されるハイブリッド車両の基本的構成を示す構成説明図である。このハイブリッド車両は、車両の駆動源として、内燃機関1とモータ・ジェネレータ2とを備えているとともに、変速機構としてベルト式無段変速機3を備えている。内燃機関1のクランクシャフト6とモータ・ジェネレータ2との間には、第1クラッチ4が介在し、モータ・ジェネレータ2と無段変速機3の入力軸7との間には、第2クラッチ5が介在している。無段変速機3の出力軸8は、終減速機構9を介して駆動輪10に接続されている。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a basic configuration of a hybrid vehicle to which the present invention is applied. This hybrid vehicle includes an
内燃機関1は、例えば筒内直接噴射式の火花点火ガソリン機関からなり、エンジンコントローラ12からの制御指令に基づいて、始動制御ならびに停止制御が行われるとともに、スロットルバルブ13(図2参照)の開度が制御され、かつ燃料カット制御等が行われる。
The
上記内燃機関1とモータ・ジェネレータ2のロータとの間に設けられる第1クラッチ4は、選択された走行モードに応じて、内燃機関1をモータ・ジェネレータ2に結合し、あるいは、内燃機関1をモータ・ジェネレータ2から切り離すものであり、内燃機関1の始動の際には、第1クラッチ4を結合状態としてモータ・ジェネレータ2を駆動することにより、内燃機関1のモータリングが行われる。
The
モータ・ジェネレータ2は、例えば三相交流の同期型モータ・ジェネレータからなり、走行用バッテリ14にインバータ15を介して接続されている。モータ・ジェネレータ2は、モータコントローラ16からの制御指令に基づき、正のトルクを出力するモータ動作(いわゆる力行)と、トルクを吸収して発電し、走行用バッテリ14の充電を行う回生動作と、の双方を行う。
The motor /
モータ・ジェネレータ2と無段変速機3との間に設けられる第2クラッチ5は、内燃機関1およびモータ・ジェネレータ2を含む車両駆動源と駆動輪10との間での動力の伝達および切り離しを行うものであり、CVTコントローラ17からの制御指令に基づき油圧を介して、締結/解放が制御される。
A
ベルト式無段変速機3は、入力側のプライマリプーリと、出力側のセカンダリプーリと、両者間に巻き掛けられた金属製のベルトと、を有し、CVTコントローラ17からの制御指令に基づき図外の油圧ユニットにより生成されるプライマリ油圧とセカンダリ油圧とによって、各プーリのベルト接触半径ひいては変速比が連続的に制御される。
The belt-type continuously
上記ハイブリッド車両の制御システムは、上述したエンジンコントローラ12、モータコントローラ16、CVTコントローラ17、のほか、車両全体の統合制御を行う統合コントローラ18を備えており、これらの各コントローラ12,16,17,18は、情報交換が互いに可能なCAN通信線19を介して接続されている。また、運転者に操作されるアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ21、内燃機関1の回転速度を検出するクランク角センサ22、内燃機関1の吸入空気量を検出するエアフロメータ23、内燃機関1の水温を検出する水温センサ24、内燃機関1の吸気温度を検出する吸気温度センサ25、内燃機関1のコレクタ圧力を検出するコレクタ圧力センサ26、車速を検出する車速センサ27、モータ・ジェネレータ2の回転速度を検出するモータ回転数センサ28、等の種々のセンサ類を備えており、これらセンサの検出信号が、統合コントローラ18等の各コントローラに個々にあるいはCAN通信線19を介して入力されている。
The hybrid vehicle control system includes an integrated
上記のように構成されたハイブリッド車両は、電気自動車走行モード(EVモード)と、ハイブリッド走行モード(HEVモード)と、駆動トルクコントロール発進モード(WSCモード)等の走行モードを有し、車両の運転状態や運転者のアクセル操作等に応じて最適な走行モードが選択される。そして、これらのモードの切換に応じて、内燃機関1の自動停止および自動再始動が行われる。
The hybrid vehicle configured as described above has travel modes such as an electric vehicle travel mode (EV mode), a hybrid travel mode (HEV mode), and a drive torque control start mode (WSC mode). The optimum travel mode is selected according to the state, the accelerator operation of the driver, and the like. Then, the
図2は、内燃機関1の構成を概略的に示した説明図であり、燃焼室31の天井壁面に、一対の吸気弁32および一対の排気弁33が配置されているとともに、これらの吸気弁32および排気弁33に囲まれた中央部に点火プラグ34が配置されている。
FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of the
上記吸気弁32によって開閉される吸気ポート35の下方には、燃焼室31内に燃料を直接に噴射する燃料噴射弁36が配置されている。そして、上記吸気ポート35に接続された吸気通路37のコレクタ部38上流側には、エンジンコントローラ12からの制御信号によって開度が制御される電子制御型スロットルバルブ13が介装されており、その上流側に、吸入空気量を検出するエアフロメータ23が配設されている。また、上記コレクタ部38には、クランクケース内から掃気されたブローバイガスや図外のキャニスタからのパージガスあるいは排気系からのEGRガス等のガスが導入されるガス導入口39が接続されている。なお、このガス導入口39は、実際には、各々のガスに対応して個々に設けられている。前述した吸気温度センサ25およびコレクタ圧力センサ26は、例えばコレクタ部38に配置されている。
A
排気弁33によって開閉される排気ポート40には、排気通路41が接続されており、この排気通路41には、図外の三元触媒からなる触媒装置が設けられている。
An
次に、図3は、上記エンジンコントローラ12において実行される内燃機関1の始動制御の第1実施例を示すフローチャートである。なお、本実施例では、車両のキーON後の初回の始動および運転中の自動再始動の双方が、このフローチャートに従って処理される。ステップ1では、統合コントローラ18から内燃機関1の始動要求を受けたか否かを繰り返し判定する。始動要求があれば、ステップ2へ進み、第1クラッチ4を結合状態としてモータ・ジェネレータ2を駆動することにより、内燃機関1のモータリングを行う。
Next, FIG. 3 is a flowchart showing a first embodiment of start control of the
ステップ3では、内燃機関1のモータリングの開始から所定時間以上経過したか否かを判定する。所定時間が経過するまではステップ3からステップ4へ進み、モータリングによって内燃機関1の回転速度が目標回転速度まで上昇したか否かを判定する。この目標回転速度は、例えばアイドル回転速度相当の値であり、固定値であってもよく、あるいはそのときの車両運転条件に応じて可変的に設定する値であってもよい。この目標回転速度に達するまでは、ステップ3に戻り、モータリングを継続する。
In
目標回転速度に達したら、さらに、ステップ5においてコレクタ圧力が目標負圧に達したか否かを判定し、ステップ6において吸入空気量が目標空気量に達したか否かを判定する。なお、本実施例では、これらのステップ5,6の判定が、ステップ4の回転速度判定に加重条件として加えられているが、これらのステップ5,6は本発明において必ずしも必須のものではない。
When the target rotational speed is reached, it is further determined in
ステップ4,5,6の条件を満たしたら、ステップ7,8へ進み、燃料噴射を開始するとともに点火を開始する。これによって、内燃機関1の燃焼が開始され、始動が完了する。なお、モータ・ジェネレータ2は、内燃機関1の始動完了に伴い、例えばHEVモードにおける通常のトルク制御に移行する。
When the conditions of
一方、ステップ4,5,6の条件が成立する前にモータリング開始から所定時間が経過したら、ステップ3からステップ7,8へ進み、同様に燃料噴射ならびに点火を開始する。つまり、走行用バッテリ14の劣化などの何らかの事情によりステップ4,5,6の条件の成立が遅れた場合には、これらの条件の成立を待たずに燃焼が開始される。従って、長時間のモータリングにより多量の生ガスが排気系から外部へ流れ出るようなことがない。
On the other hand, if a predetermined time has elapsed from the start of motoring before the conditions of
図2において、内燃機関1の始動の際には、基本的にスロットルバルブ13の開度が最小開度となっており、モータリングによって燃焼室31内の負圧が発達する。そのため、クランクケース内のガスがピストンリングの隙間を通して燃焼室31内に進入しやすくなるとともに、燃料噴射弁36の噴口に残存していた燃料が気化し、かつコレクタ部38に導入されたブローバイガス等のガスが燃焼室31内に流動する。つまり、負圧の発達により、生ガスの生成量が増大する。そして、モータリングに伴うポンプ作用により、これらの生ガスが排気通路41側に押し出されてしまう。上記実施例では、走行用バッテリ14の劣化などにより回転速度上昇が遅れたような場合でも、所定時間経過した時点で燃焼が開始するので、過度に生ガスが外部へ放出されることがない。
In FIG. 2, when the
次に、図4は、本発明の始動制御の第2実施例を示すフローチャートである。この第2実施例は、図2に示した第1実施例におけるステップ3の処理に代えて、ステップ3Aの処理を行うようにしたものであり、他のステップは、第1実施例のものと特に変わりがない。
Next, FIG. 4 is a flowchart showing a second embodiment of start control according to the present invention. In the second embodiment, the process of step 3A is performed instead of the process of
すなわち、この第2実施例においては、ステップ3Aとして、モータリング開始からのクランクシャフト6の回転回数が所定数以上となったか否かを判定し、回転回数が所定回数に達した段階でステップ7,8へ進む。従って、走行用バッテリ14の劣化などによりステップ4,5,6の条件成立が遅れたような場合に、クランクシャフト6が所定回数回転した段階で燃焼が開始され、過度の生ガスの放出が回避される。内燃機関1の吸気系から燃焼室31を通って排気系へ流れるガス量は、基本的にクランクシャフト6の回転回数(換言すればサイクル数)に相関するので、過度の生ガスの放出を確実に回避できる。
That is, in the second embodiment, as Step 3A, it is determined whether or not the number of rotations of the
次に、図5は、本発明の始動制御の第3実施例を示すフローチャートである。この第3実施例は、図2に示した第1実施例におけるステップ3の処理に代えて、ステップ3Bの処理を行うようにしたものであり、他のステップは、第1実施例のものと特に変わりがない。
Next, FIG. 5 is a flowchart showing a third embodiment of start control according to the present invention. In the third embodiment, the process of step 3B is performed instead of the process of
すなわち、この第3実施例においては、ステップ3Bとして、モータリング開始時点からの燃焼室31を通過した総ガス量が所定量以上となったか否かを判定し、総ガス量が所定量に達した段階でステップ7,8へ進む。モータリング中に流れた総ガス量は、1サイクル当たりの吸入空気量とモータリングによるクランクシャフト6の回転回数(換言すればサイクル数)とから求めることが可能である。1サイクル当たりの吸入空気量は、エアフロメータ23が検出した流量から算出してもよく、あるいは、吸気弁32の閉時期における幾何学的な筒内容積を1サイクル当たりの吸入空気量とみなしてもよい。また、吸気弁閉時期における吸気の圧力や温度(代替としてコレクタ部38におけるコレクタ圧力および吸気温度を用いることができる)を用いて、吸気弁閉時期における幾何学的な筒内容積に補正を加えるようにしてもよい。
That is, in this third embodiment, as step 3B, it is determined whether or not the total gas amount that has passed through the
従って、この実施例では、走行用バッテリ14の劣化などによりステップ4,5,6の条件成立が遅れた場合にも、排気通路41から放出される生ガスの最大量が所定範囲内に確実に制限される。
Therefore, in this embodiment, even when the conditions of
図6は、一例として上記第2実施例の作用を説明するためのタイムチャートである。時間t1において内燃機関1の始動要求が出力され、モータ・ジェネレータ2を用いたモータリングが開始される。これにより、内燃機関1の回転速度が上昇していき、かつコレクタ圧力(筒内圧力)が低下していく。ここで、「比較例」として示す破線は、走行用バッテリ14の劣化などがなく本来の回転速度の上昇が得られた場合の特性を示しており、この場合は、時間t1においてモータリングを開始した後、時間t2において所定の目標回転速度まで回転速度が上昇し、燃料噴射および点火が開始される。従って、時間t1からt2の間で生ガスが流出する。
FIG. 6 is a time chart for explaining the operation of the second embodiment as an example. At time t1, a start request for the
これに対し、走行用バッテリ14が劣化している場合、実線で示すように回転速度の上昇が緩慢となり、時間t2においては目標回転速度には到達しない。仮にそのままモータリングを継続したとすると、仮想線aで示すように、時間t3において目標回転速度に到達する。従って、時間t1からt3までの長い期間で生ガスが放出され続け、しかも前述したように燃焼室31内の負圧発達により生ガスの生成が促進されてしまう。
On the other hand, when the traveling
このような場合に、第2実施例においては、モータリング開始からクランクシャフト6が所定回数回転した段階、例えば時間t4の時点において、燃料噴射ならびに点火が開始され、燃焼が行われる。そのため、過度に長く生ガスが放出されることがない。
In such a case, in the second embodiment, fuel injection and ignition are started and combustion is performed at a stage where the
なお、他の第1実施例および第3実施例においても、図5のタイムチャートと同様の作用となる。 In the other first and third embodiments, the same operation as the time chart of FIG. 5 is obtained.
以上、この発明を筒内直接噴射式内燃機関に適用した実施例を説明したが、この発明は筒内直接噴射式内燃機関に限らず、吸気ポートに燃料噴射弁を設けたポート噴射式内燃機関においても同様に適用することができる。 The embodiment in which the present invention is applied to the direct injection internal combustion engine has been described above. However, the present invention is not limited to the direct injection internal combustion engine, and is a port injection internal combustion engine in which a fuel injection valve is provided in the intake port. The same applies to the above.
1…内燃機関
2…モータ・ジェネレータ
4…第1クラッチ
12…エンジンコントローラ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
上記モータ・ジェネレータによるモータリング中に排出された総ガス量を表すパラメータを求め、機関回転速度が所定の回転速度に達する前に上記パラメータが所定値に達したときに、燃料噴射ならびに点火を開始する、ことを特徴とする内燃機関の始動制御装置。 Starting an internal combustion engine having an internal combustion engine and a motor / generator as a vehicle drive source, and starting fuel injection and ignition after the engine / generator has increased the engine rotational speed to a predetermined rotational speed when the internal combustion engine is requested to start In the control device,
A parameter that represents the total amount of gas discharged during motoring by the motor / generator is obtained, and fuel injection and ignition are started when the parameter reaches a predetermined value before the engine speed reaches the predetermined speed. A start control device for an internal combustion engine.
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