JP2003003888A - 車両の制御装置 - Google Patents

車両の制御装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関の始動時は、壁面温度が低いので、
壁面への燃料付着を防ぐため、燃料噴射の開始タイミン
グを吸気行程にすることに伴う、炭化水素排出量の増加
及び内燃機関出力低下の問題があり、それを改善するこ
と。 【解決手段】 始動時に、電動機(MG2)によって内
燃機関1をポンピング駆動し、内燃機関1の回転数Ne
が所定値Nsになってから、内燃機関の回転回数Cに応
じた吸気行程のタイミングで燃料噴射を開始し、機関回
転回数Cに応じて燃料噴射の開始を吸気行程から排気行
程へ移行する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等の車両の
制御装置に係り、特に、燃料噴射供給式の内燃機関と機
関始動用の電動機とを有する車両の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】燃料噴射供給式の内燃機関では、冷間始
動時等、内燃機関が冷えた状態にて排気行程で燃料噴射
が行われると、燃料が吸気管で凝縮して吸気通路壁面に
付着し、滞留し、気筒に対する燃料供給性能が悪化する
ため、従来技術として、特許第256974号公報に示
されているように、内燃機関が冷えた状態にある時に
は、気筒への空気の流れがある吸気行程で燃料を噴射し
て、気筒に対する燃料供給性能を改善し、内燃機関の温
度を冷却水温度で捕らえ、冷却水温度の上昇に応じて燃
料噴射タイミングを吸気行程から排気行程に移行するこ
とで、排気ガス特性、燃費の向上を図るものがある。
【0003】また、車両の走行駆動を行う内燃機関と電
動機とを有するハイブリッド車両では、特開平9−18
4439号公報に記載のように、燃料の壁面への付着量
が不安定状態では、内燃機関の運転状態を継続して内燃
機関による運転モードより電動機による運転モードに切
り換えられることを禁止し、この禁止制御によって内燃
機関の運転停止時には燃料の壁面付着量が安定状態にな
っていることを確保し、機関再始動時の壁面付着燃料量
を容易に予測できるようにして空燃比制御の精度を高
め、内燃機関の排気ガス特性の改善を図るものがある。
【0004】ハイブリッド車両における上述の問題と同
等の問題に鑑みてなされた他の従来技術として、特開平
11−210521号公報に示されているように、筒内
燃料噴射の直噴型内燃機関において、燃料の噴射タイミ
ングを吸気行程内で、内燃機関の暖機状態に応じて変更
するものや、特開平11−50893号公報に示されて
いるように、冷間始動直後と所定時間経過後とで、燃料
噴射モードを吸気同期噴射と吸気非同期噴射とに切り換
えるものがある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、機関冷間時
に、気筒への空気の流れがある吸気行程で燃料を噴射す
ることは、気筒に対する燃料供給性能を改善するが、燃
料と空気の混合不足に起因した炭化水素排出量の増加と
内燃機関の出力低下を招く傾向があるから、このような
燃料噴射モードは可及的速やかに終了して燃料噴射時期
を排気行程へ移行すべきである。
【0006】また、ハイブリッド車両において、燃料の
壁面付着量が不安定な状態であるからと、内燃機関の運
転状態を継続して内燃機関による運転モードより電動機
による運転モードに切り換えられることを禁止すると、
燃費及び排気性能の改善が損なわれることになる。
【0007】本発明は、上述の如き課題に着目してなさ
れたもので、その目的とするところは、機関始動後、内
燃機関の壁面温度を速やかに上昇させて燃料噴射タイミ
ング(燃料噴射の開始タイミング)を吸気行程より速や
かに排気行程に移行させることができ、燃費、排気及び
動力性能を改善する車両の制御装置を提供することにあ
り、特に、加速アシストにも使える電動機を内燃機関の
始動に使うハイブリッド車両であれば、始動時の内燃機
関の回転数上昇時間やポンピングによる内燃機関の壁面
温度上昇時間の短縮が可能であることに着目してなされ
たものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による車両の制御装置は、各気筒へ燃料を噴
射供給する燃料噴射手段を有し車両の走行駆動を行う内
燃機関と、該内燃機関を始動する電動機と、該電動機へ
電力を供給する電池とを備え、機関始動時には、前記電
動機により前記内燃機関をポンピング駆動し、当該内燃
機関の回転数が所定の設定値になれば、吸気行程の燃料
噴射タイミングをもって前記燃料噴射手段による燃料噴
射を開始する燃料噴射制御を行うものである。
【0009】この発明による車両の制御装置によれば、
機関始動時に電動機によって内燃機関がポンピング駆動
され、内燃機関の壁面温度の上昇時間が短縮され、機関
回転数が所定の設定値になれば、吸気行程の燃料噴射タ
イミングをもって燃料噴射手段による燃料噴射が開始さ
れる。本発明による車両の制御装置は、さらに、前記内
燃機関の機関回転回数あるいは燃料噴射回数を計数し、
機関回転回数あるいは燃料噴射回数の計数値に応じて、
燃料噴射タイミングを吸気行程から排気行程へ移行する
燃料噴射タイミング制御を行うものである。
【0010】内燃機関の機関回転回数、燃料噴射回数は
内燃機関の壁面温度と相関性を有しているから、これら
の計数値に応じて燃料噴射タイミングが吸気行程から排
気行程へ移行することで、内燃機関の壁面温度の上昇に
応じて燃料噴射タイミングが吸気行程から排気行程へ適
切に移行する。また、本発明による車両の制御装置は、
前記内燃機関の冷却水温度などより機関暖機状態を検出
し、機関暖機状態が進む程、燃料噴射タイミングを吸気
行程から排気行程へ移行する燃料噴射タイミング制御を
行うこともできる。
【0011】また、上記目的を達成するために、本発明
による車両の制御装置は、各気筒へ燃料を噴射供給する
燃料噴射手段を有し車両の走行駆動を行う内燃機関と、
該内燃機関を始動する電動機と、該電動機へ電力を供給
する電池とを備えた車両の制御装置において、機関始動
時に、前記電動機により前記内燃機関をポンピング駆動
し、当該内燃機関の回転数が所定の設定値になり、且つ
当該内燃機関の機関回転回数が所定の設定値になれば、
前記燃料噴射手段による燃料噴射を開始する燃料噴射制
御を行うものである。
【0012】この発明による車両の制御装置によれば、
機関始動時に電動機によって内燃機関がポンピング駆動
され、内燃機関の壁面温度の上昇時間の短縮がされ、機
関回転数が所定の設定値になり、且つ当該内燃機関の機
関回転回数が所定の設定値になれば、燃料噴射手段によ
る燃料噴射が開始される。
【0013】本発明による車両の制御装置は、更に、前
記内燃機関の冷却水温度などより機関暖機状態を検出
し、機関暖機状態が進む程、燃料噴射を開始する前記機
関回転回数の設定値を低減するものであり、燃料噴射を
開始する機関回転回数の設定値を機関暖機状態に応じて
過不足なく適切に設定することができる。また、本発明
による車両の制御装置は、電動機の電力確保のために、
前記電池の充電残量を検出し、充電残量が所定の設定値
以下である場合には、前記電動機による前記内燃機関の
ポンピング駆動を禁止し、前記燃料噴射手段による燃料
噴射を開始する燃料噴射制御を行うものである。
【0014】
【発明の実施の形態】以下に添付の図を参照してこの発
明の実施の形態を詳細に説明する。図1は、本発明の一
実施の形態による車両の制御装置を組込んだハイブリッ
ド車両の主要構成を示している。
【0015】ハイブリッド車両は、内燃機関(エンジ
ン)1と、回転電気機械であるモータジェネレータ(以
下MGと云う)2とを有し、これらを動力源としてクラ
ッチ3、変速機4を介して車輪5に駆動力を伝達する。
車両の制御装置であるハイブリッド制御装置(HCU)
6は、キースイッチ7の信号によりハイブリッド車両シ
ステムの起動および停止を行い、アクセルペダル8、ブ
レーキペダル9の操作信号に応じて車輪5に必要なトル
クが与えられるように、エンジン1の制御装置(EC
U)10と、MG2を制御するインバータ11と、クラ
ッチ3とに指令信号を出力する。
【0016】MG2は、二次電池であるバッテリ12を
電源としており、バッテリ12の電気エネルギをインバ
ータ11によって交流に変換してMG2に与えること
で、MG2が、駆動力を発生し、ベルト13を介してつ
ながるエンジン1の始動や車輪5の駆動を行う。
【0017】バッテリ12は、HCU6などの電源であ
る12Vバッテリとは別のもので、本実施の形態では4
2Vバッテリであり、車輪5の運動エネルギあるいはエ
ンジン1の駆動力によりMG2を回転させて発電し、イ
ンバータ11によって直流に変換して充電する。
【0018】エンジン制御を行うECU10は、クラン
ク角センサ14よりの信号より求められたエンジン回転
数とHCU6よりのトルク指令値より求めるスロットル
弁15の目標開度をスロットル開度制御装置16に指令
し、空気流量を制御する。また、ECU10は、水温セ
ンサ17が検出するエンジン冷却水温や排気側にある酸
素濃度センサ18の検出信号などにより燃料噴射装置1
9の燃料噴射時間を制御する。
【0019】燃料と空気の混合気は、吸気弁20により
開閉される吸気ポート21からシリンダ内の燃焼室22
へ吸込まれ、点火装置23によって着火される。混合気
の爆発エネルギによってピストン24を動かし、車輪5
やMG2を駆動する。燃焼ガスは、排気弁25によって
開閉される排気ポート26から燃焼室22外に排出さ
れ、触媒コンバータ27で浄化された後、大気中へ排出
される。
【0020】HCU6やECU10は、機関始動時に、
MG2により内燃機関1をポンピング駆動し、内燃機関
1の回転数Neが所定の設定値になり、且つ内燃機関1
の回転回数(ポンピング回数)Cが所定の設定値になれ
ば、吸気行程の燃料噴射タイミング(燃料噴射の開始タ
イミング)をもって燃料噴射装置19による燃料噴射を
開始し、内燃機関1の回転回数Cの計数値に応じて、燃
料噴射タイミングを吸気行程から排気行程へ移行する燃
料噴射タイミング制御を行う。なお、バッテリ12の充
電残量SOCが所定の設定値以下で、バッテリ電力が不
足している場合には、回転数Neや回転回数Cの計数値
の如何に拘わらず、MG2による内燃機関1のポンピン
グ駆動を禁止し、燃料噴射装置19による燃料噴射を開
始する。内燃機関1の回転回数Cは、クランク角センサ
14の出力信号より計測することができる。
【0021】ECU10やインバータ11へ指令値を与
えるHCU6に組み込まれるソフトウェアの実行により
具現されるハイブリッド車両の制御処理を図2に示され
ているフローチャートを参照して説明する。なお、本処
理は、10ms毎に実行する。
【0022】まず、キースイッチ7およびアクセルペダ
ル8、ブレーキペダル9の操作信号を入力する(ステッ
プ101)。つぎに、ECU10やインバータ11に対
してトルク指令値や燃料噴射禁止指令値、ポンピングロ
ス制御種別等のデータを送信し、インバータ11からは
MG2の回転数やバッテリ12の充電残量SOCのデー
タを、ECU10からはエンジン回転数Ne、エンジン
冷却水温Tw、機関回転回数Cの各データを受信する
(ステップ102)。
【0023】つぎに、キースイッチ7およびアクセルペ
ダル8の操作信号、エンジン冷却水温Tw、完爆判定情
報より運転モードを判定する(ステップ103)。エン
ジン冷却水温Twが低い、あるいはアクセルペダル8が
踏み込まれている、あるいはブレーキペダル9が解放さ
れている場合には、「エンジン始動モード」であると判
定し(ステップ104肯定)、エンジン始動制御を実行
する(ステップS105)。
【0024】これに対し、エンジン冷却水温Twが高
く、アクセルペダル8が解放されていて、しかも、ブレ
ーキペダル9が踏み込まれている場合には、「アイドル
停止モード」であると判定し(ステップ106肯定)、
アイドル停止制御を実行する(ステップS107)。ア
イドル停止制御では、後述する燃料噴射許可フラグをク
リアし、内燃機関1の運転を停止し、燃料を消費しない
ようにすることが行われる。
【0025】いずれでもない場合には(ステップ106
否定)、「走行・発電モード」として、アクセルペダル
8の開度(アクセル操作量)およびエンジン回転数Ne
から必要駆動力に相当する目標トルクToを決める(ス
テップ108)。つぎに、目標トルクToに基づいて、
MG2のトルク指令値(目標駆動トルク)TMoと、内
燃機関1のトルク指令値(目標駆動トルク)TEoを算
出し、目標トルクToを分配する(ステップ109)。
エンジン始動制御の詳細を、図3に示されているフロー
チャートを参照して説明する。
【0026】まず、MG2に対する回転数指令値(本実
施の形態では、例えば、毎分1100回転)を設定する
(ステップ201)。これにより、MG2が回転数指令
値をもって回転駆動され、内燃機関1がポンピング駆動
される。つぎに、燃料噴射の開始を許可する機関回転回
数Cの設定値Coを機関暖機状態を示す物理量に応じ
て、この実施の形態では、エンジン冷却水温Twに応じ
て設定する(ステップ202)。この実施の形態では、
設定値Coは、図4に示されているように、0から50
の値を取り、エンジン冷却水温Tw=−30℃でCo=
50、エンジン冷却水温Tw=60℃でCo=0の一次
関数である。
【0027】つぎに、機関回転回数C>設定値Coであ
るか否かを判定する(ステップ203)。C>Coであ
れば(ステップ203肯定)、エンジン回転数Neが予
め設定されている燃料噴射を始める回転数Ns(たとえ
ば、毎分900回転程度)より大きくなったか否かを判
定する(ステップ204)。Ne>Nsであれば(ステ
ップ204肯定)、燃料噴射許可フラグをセットする
(ステップS205)。
【0028】C>Coでないとき(ステップ203否
定)、あるいはNe>Nsでないとき(ステップ204
否定)には、バッテリ2の充電残量SOCが始動判定用
の残量SOCiより大きいか否かを判定する(ステップ
206)。バッテリ2の充電残量SOCが始動判定用の
残量SOCiに満たない場合には(ステップ206否
定)、その時の機関回転回数Cやエンジン回転数Neに
拘わらず、燃料噴射許可フラグをセットする(ステップ
S205)。これに対し、充電残量SOC>始動判定用
残量SOCiであれば(ステップ206肯定)、燃料噴
射許可フラグをクリアし、燃料噴射禁止状態とする(ス
テップ207)。
【0029】上述の制御により、充電残量SOC>始動
判定用残量SOCiであれば、C>Coと、Ne>Ns
の2個の条件が真になるまで、MG2による内燃機関1
のポンピングが行われる。
【0030】つぎに、、ECU10に組み込まれたソフ
トウェアの実行により具現される燃料噴射などエンジン
制御処理を図5に示されているフローチャートを参照し
て説明する。なお、本処理は、10ms毎に実行する。
まず、エンジン回転センサ14、水温センサ17、酸素
濃度センサ18の各々よりの出力信号の入力処理を行う
(ステップ301)。
【0031】つぎに、HCU6に対してエンジン回転数
Ne、エンジン冷却水温Tw、機関回転回数C、そして
完爆判定情報などのデータを送信し、HCU6より運転
モードや燃料噴射の許可/禁止フラグ、内燃機関1の目
標駆動トルクTEoなどのデータ(情報)を受信する
(ステップS302)。
【0032】つきに、HCU6から与えられた情報及び
検出したエンジン回転数Neから必要空気量Qaを算出
し、該必要空気量Qaが得られるよう、スロットル開度
制御装置16を介してスロットル弁15の開度を制御す
る(ステップS303)。つぎに、燃料噴射装置19に
よる燃料噴射を制御し(ステップ304)、次いで、吸
気弁20、排気弁25の開閉を制御をする(ステップS
305)。
【0033】燃料噴射制御の詳細を図6に示されている
フローチャートを参照して説明する。まず、燃料噴射許
可フラグがセットされているか否かを判別する(ステッ
プ401)。燃料噴射許可フラグがセットされていれば
(ステップ401肯定)、必要空気量Qa、エンジン回
転数Ne、エンジン冷却水温Tw、そして、酸素濃度セ
ンサ18の信号より燃料噴射パルス幅Tiを算出する
(ステップS402)。
【0034】つぎに、燃料噴射パルス幅Ti、エンジン
回転数Ne、エンジン冷却水温Tw、機関回転回数Cよ
り、燃料噴射開始のタイミングTinjstを求める
(ステップS403)。燃料噴射開始タイミングTin
jstは、各気筒の燃料噴射の基準点(例えば、各気筒
のリファレンス信号から110°遅れた下死点)からの
時間であり、機関回転回数Cが50以下では機関回転回
数Cが増えるほどエンジンの壁面温度が上昇するので、
エンジン冷却水温Twが低い機関冷間時には、燃料噴射
開始タイミングTinjstを減らし、燃料噴射タイミ
ングを吸気行程側より排気行程側に移行する(ステップ
403)。
【0035】つぎに、燃料噴射パルス幅Ti、燃料噴射
開始タイミングTinjstをタイマに設定し、所望の
燃料噴射を行う(ステップ404)。これにより、内燃
機関1が機関回転回数C(ポンピング回数)及びエンジ
ン冷却水温Twに対する燃料噴射開始のタイミングTi
njstは、図7に示されているようになる。なお、燃
料噴射を禁止と判定した場合には(ステップ401否
定)、燃料噴射を禁止するタイマ値をセットする。
【0036】上述したように、内燃機関1の始動時に
は、燃料噴射を開始する前のMG2によるポンピングに
よって内燃機関1の壁面温度を上昇させることができ、
壁面温度と相関性がある機関回転回数Cあるいはエンジ
ン冷却水温Twにより、燃料噴射の開始タイミングを吸
気行程側から排気行程に速やかに移すことができ、燃
費、排気及び動力性能の低下を防止する効果が得られ
る。
【0037】また、MG2によるポンピングを、バッテ
リ12の残量SOCがエンジン始動に必要な始動判定用
の残量SOCiより大きい場合に限定することで、バッ
テリ上がりによるエンジン始動不能を防止できる。な
お、壁面温度と相関性がある機関回転回数Cは、燃料噴
射回数に置き換えることもできる。
【0038】
【発明の効果】本発明による車両の制御装置よれば、内
燃機関の始動時に、燃料噴射を開始する前のモータジェ
ネレータ等の電動機によるポンピングによって内燃機関
の壁面温度を上昇させ、燃料噴射の開始タイミングを吸
気行程側より排気行程に速やかに移すことで、燃費、排
気及び動力性能の低下を防止できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一つの実施の形態としての車両の制御
装置を組込んだハイブリッド車両の主要構成を示す図で
ある。
【図2】本発明の実施の形態としてのハイブリッド車両
の制御装置におけるハイブリッド制御のフローチャート
である。
【図3】本発明による車両の制御装置によるエンジン始
動制御の詳細を示すフローチャートである。
【図4】エンジン冷却水温と機関回転回数の設定値との
関係を示すグラフである。
【図5】本発明による車両の制御装置によるハイブリッ
ド車両のエンジン制御のフローチャートである。
【図6】本発明による車両の制御装置による燃料噴射制
御の詳細を示すフローチャートである。
【図7】燃料噴射開始タイミングの特性を示すグラフで
ある。
【符号の説明】
1 内燃機関 2 モータジェネレータ(MG) 5 車輪 6 ハイブリッド制御装置(HCU) 7 キースイッチ 8 アクセルペダル 9 ブレーキペダル 10 エンジンの制御装置(ECU) 11 インバータ 12 バッテリ 15 スロットル弁 16 スロットル開度制御装置 19 燃料噴射装置 20 吸気弁 22 燃焼室 23 点火装置 24 ピストン 25 排気弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02D 45/00 362 F02D 45/00 364N 364 B60K 9/00 E Fターム(参考) 3G084 BA05 BA13 BA15 BA28 CA01 CA02 DA02 DA10 EA11 FA03 FA06 FA10 FA13 FA20 FA29 FA33 FA36 FA38 3G093 AA07 BA19 BA20 CA01 CA03 DA01 DA05 DA06 DA07 DA08 DA11 DA12 EA05 EA09 FA11 3G301 HA26 JA02 JA26 KA01 KA05 KA07 LA01 LC03 MA11 MA19 NA08 NB11 NB15 PB03Z PC10Z PD03Z PE01Z PE03Z PE08Z PF03Z PF05Z PF16Z PG01Z

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 各気筒へ燃料を噴射供給する燃料噴射手
    段を有し車両の走行駆動を行う内燃機関と、該内燃機関
    を始動する電動機と、該電動機へ電力を供給する電池
    と、を備えた車両の制御装置において、 機関始動時には、前記電動機により前記内燃機関をポン
    ピング駆動し、該内燃機関の回転数が所定の設定値にな
    れば、吸気行程の燃料噴射タイミングをもって前記燃料
    噴射手段による燃料噴射を開始する燃料噴射制御を行う
    ことを特徴とする車両の制御装置。
  2. 【請求項2】 前記内燃機関の機関回転回数あるいは燃
    料噴射回数を計数し、機関回転回数あるいは燃料噴射回
    数の計数値に応じて、燃料噴射タイミングを吸気行程か
    ら排気行程へ移行する燃料噴射タイミング制御を行うこ
    とを特徴とする請求項1記載の車両の制御装置。
  3. 【請求項3】 前記内燃機関の冷却水温度などより機関
    暖機状態を検出し、機関暖機状態が進む程、燃料噴射タ
    イミングを吸気行程から排気行程へ移行する燃料噴射タ
    イミング制御を行うことを特徴とする請求項1記載の車
    両の制御装置。
  4. 【請求項4】 各気筒へ燃料を噴射供給する燃料噴射手
    段を有し車両の走行駆動を行う内燃機関と、該内燃機関
    を始動する電動機と、該電動機へ電力を供給する電池
    と、を備えた車両の制御装置において、 機関始動時には、前記電動機により前記内燃機関をポン
    ピング駆動し、当該内燃機関の回転数が所定の設定値に
    なり、且つ該内燃機関の機関回転回数が所定の設定値に
    なれば、前記燃料噴射手段による燃料噴射を開始する燃
    料噴射制御を行うことを特徴とする車両の制御装置。
  5. 【請求項5】 前記内燃機関の冷却水温度などより機関
    暖機状態を検出し、機関暖機状態が進む程、燃料噴射を
    開始する前記機関回転回数の設定値を低減することを特
    徴とする請求項4記載の車両の制御装置。
  6. 【請求項6】 前記電池の充電残量を検出し、充電残量
    が所定の設定値以下である場合には、前記電動機による
    前記内燃機関のポンピング駆動を禁止し、前記燃料噴射
    手段による燃料噴射を開始する燃料噴射制御を行うこと
    を特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載の車両の
    制御装置。
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