JP2004011650A - 内燃機関の始動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車両運行中に一旦停止した内燃機関を再始動するときに、車両駆動力が必要なときと、車体の振動等の抑制が必要なときを共に満足するように制御する。
【解決手段】車両駆動力が必要なときには、点火時期を初期にはＡにして、その後、ａずつ進角させる（Ｓ２１８）。車体振動の抑制が必要なときには、点火時期を初期には、前記Ａより遅角側のＢとし、またその後はａより小さなｂとする。これにより、車体振動の抑制が必要なときには、点火時期がより遅角されショック等の低減が図られる。また、駆動力が必要なときには、振動抑制が必要な場合より点火時期が進角され、より早く通常の出力が得られるようになる。
【選択図】図３

Description

　本発明は、内燃機関の始動制御方法に関し、特に始動時における点火時期の制御に関する。

　内燃機関と電動機を駆動源とするハイブリッド車両が知られている。また、内燃機関の効率が比較的悪い、低速走行時などには、これを停止し、電動機のみの駆動力により走行することが行われる場合がある。この電動機のみによる駆動状態から内燃機関を始動する場合に、内燃機関の出力が急に立ち上がるために、車両駆動力が急増し、車体振動が発生することがある。この振動を軽減するために、内燃機関の始動時に、吸入空気量、冷却水温、機関回転速度などから定まる点火時期より遅角した点火時期に制御することが、従来行われている。点火時期を送らせることにより、内燃機関の出力を抑え、徐々に出力を増加させることにより、急激な駆動力の増加を抑えている。

　前述のように、電動機のみ運転している状態から、内燃機関を始動する際に、その点火時期を常に一定の値に制御すると、始動要求の原因に応じた内燃機関の出力の立ち上がりが得られないという問題があった。つまり、内燃機関の始動の要求には、車両駆動力がより欲しいという要求、補機などの状態による要求などがある。前者は、運転者のより速く加速したいなどという要求に対し、電動機の出力に内燃機関の出力を加えることで前記の要求を満足しようとする場合である。また、後者は、電動機の電源となるバッテリの蓄電量が少なくなったときに、これに充電を行うための要求や、空気調和装置のコンプレッサを駆動するための要求などである。

　本発明は、前述の問題点を解決するためになされたものであり、内燃機関の始動を行うとき、始動の要求の内容に応じて内燃機関の出力調整を行うことを目的とする。

　前述の課題を解決するために本発明の内燃機関の始動制御方法は、始動要求が車両の駆動力を得るための要求であるかを判断し、当該始動要求が車両の駆動力を得るための要求である場合に、内燃機関の始動時の点火時期を、前記駆動力を得るための要求以外の要求と異なる値に設定するものである。

　また、本発明の他の内燃機関の始動制御方法は、内燃機関の自立要求による始動時の点火時期を、自立要求以外の要求による始動時の点火時期と異なる値に設定するものである。

　また、本発明のさらに他の内燃機関の始動制御方法は、内燃機関の自立要求による始動時の点火時期を、そのときのシフトレバーの位置により変更するものである。

　以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。図１には、２種の原動機、すなわち内燃機関１０と電動機１２を備えたハイブリッド車両の概略構成の一例が示されている。内燃機関１０と電動機１２の一方または双方の出力は、減速機または変速機（以下単に変速機と記す）１４を介して駆動輪１６に伝達され、車両を駆動する。電動機１２には、バッテリ１８からインバータ２０を介して三相交流電力が供給される。また、内燃機関１０または車両の慣性により電動機１２を駆動し、これを発電機として作用させ、発電された電力を直流電力に変換してバッテリ１８に充電する。

　内燃機関１０および電動機１２の制御は、制御部２２により行われる。制御部２２は、運転者からの要求、内燃機関１０の運転状態およびバッテリ１８の蓄電状態などから総合的に判断を行い、内燃機関１０および電動機１２の運転を制御する。運転者からの要求は、例えば、アクセルペダル、ブレーキペダルの各々の操作量などの車両の駆動に関する要求、また空気調和装置の運転を制御する要求などがある。空気調和装置の運転に関する要求は、運転者が自動を選択することによって、実際の運転は装置そのものが制御する場合もある。内燃機関１０の運転状態は、これを示す物理量、例えば機関回転速度、冷却水温度、吸入空気量などに基づき判断される。また、バッテリ１８の蓄電量が常に監視されており、この蓄電量が所定値以下に低下した場合、内燃機関１０により電動機１２を駆動して発電を行い、バッテリ１８の充電を行う。制御部２２は、運転者の駆動に関する要求やバッテリ充電の要求などの要求と、前記運転状態を示す物理量に基づき、燃料噴射量、点火時期、スロットルバルブ開度などを制御することによって内燃機関１０の出力を制御する。電動機１２の制御は、インバータ２０を制御することにより行われる。具体的には、インバータ２０内の制御素子のＯＮ−ＯＦＦを制御することにより、バッテリ１８からの直流電力を三相交流に変換して、電動機１２に供給する。電動機１２が発電機として作用している場合には、三相交流電力を直流に変換して、バッテリ１８に充電する。

　図２および図３には、内燃機関１０の始動制御、特に点火時期の制御にかかるフローチャートが示されている。低速低負荷の走行においては、電動機１２のみにより駆動力を得た方が効率がよい。この状態で走行中に、内燃機関の始動要求があると（Ｓ１００）、点火時期のなまし処理が実行され（Ｓ２００）、内燃機関１０の出力が状況に応じた速さで立ち上がる。始動要求は、運転者がより速く加速したいとアクセルペダルを踏んだことにより発せられる出力要求（より出力を得たい場合に相当）と、その他の理由による要求である自立要求とがある。自立要求は、例えば、空気調和装置のコンプレッサを駆動するため、バッテリ１８に充電を行うため、車両速度が２種の原動機を使用する領域に入ったためなどにより内燃機関１０を始動する必要が生じたという要求である。

　内燃機関１０の始動要求がなされると、要求の内容に応じた点火時期の制御が行われる。図３に示す、なまし処理のルーチンに入ると、まずなまし処理が実行中かの判断がなされる（Ｓ２０２）。具体的には、なまし処理実行中を示すフラグ（以下、なまし処理フラグ）ＦがＯＮとなっているかが判断される。このフラグＦは、後述するステップＳ２１６でＯＮに設定されるが、なまし処理ルーチンが最初に実行されたときにはＯＦＦとなっている。このため、最初は、ステップＳ２０２にて、ＮＯの判定がなされ、演算途中の暫定的ななまし加算量（以下、算出用なまし加算量と記す）Ｔａを、クランク角で１°に設定する。一方、なまし処理がすでに開始されている場合、すなわちステップＳ２０２で、Ｆ＝ＯＮと判断された場合、後述するステップＳ２２４にて設定されている、実際に制御に用いられるなまし加算量Ｅａを算出用なまし加算量Ｔａとする（Ｓ２０６）。さらに、実際に点火時期制御に用いられるなまし点火時期Ｅｂと、ステップＳ２０４またはＳ２０６で設定された算出用なまし加算量Ｔａを加えて、演算途中の暫定的な算出用なまし点火時期Ｔｂを算出する（Ｓ２０８）。この算出用なまし点火時期Ｔｂと、吸入空気量や冷却水温度、機関回転速度から求められた要求点火時期との比較がなされる（Ｓ２１０）。算出用なまし点火時期Ｔｂの方が大きい、つまりより進角している場合は、すでにこれ以上遅角させる必要がない、すなわち、なまし処理をする必要がない場合であり、この場合は、算出用なまし点火時期Ｔｂを要求点火時期に設定する（Ｓ２１２）。また、なまし処理フラグＦもＯＦＦとして、なまし処理が終了していることを示す（Ｓ２１２）。一方、ステップＳ２１０で、算出用なまし処理点火時期Ｔｂの方が遅角している場合、まだなまし処理が必要であると判断され、ステップＳ２１２を飛び越してステップＳ２１４に移行する。

　ステップＳ２１４では、内燃機関１０を停止制御しているルーチンから、停止を解除し、始動するために、変数を初期化する要求がなされているかが判断される。初期化の要求は、後述するステップＳ２２４にてクリアされるので、最初になまし処理のルーチンが実行されたときのみＹｅｓの判断がなされる。初期化要求があった場合、なまし処理フラグＦをＯＮとする（Ｓ２１６）。また、算出用なまし点火時期Ｔｂを、出力要求があったときの所定の初期値Ａとする（Ｓ２１８）。同時に、算出用なまし加算量Ｔａを、出力要求があったときの所定の初期値ａとする。

　次に、始動要求が自立要求であったかが判断される（Ｓ２２０）。自立要求であれば、算出用なまし点火時期Ｔａ、算出用なまし加算量Ｔｂを、自立要求時の初期値Ｂ、加算量ｂに設定し直す（Ｓ２２２）。その後、初期化要求をクリアし、実際に制御に用いられるなまし加算量Ｅａを算出用なまし加算量Ｔａとする（Ｓ２２４）。一方、ステップＳ２２０で、始動要求が自立要求であると判断された場合には、ステップＳ２２２を飛び越してステップＳ２２４に移行する。ステップＳ２１８〜Ｓ２２２によって、算出用なまし点火時期の初期値Ｔａおよび加算量Ｔｂが、始動要求が出力要求であれば、それぞれ初期値Ａ、所定値ａと設定され、それ以外、つまり自立要求であれば初期値Ｂ、所定値ｂと設定される。

　さらに、実際に点火時期制御に用いられるなまし点火時期Ｅｂを算出用なまし点火時期Ｔａに設定する（Ｓ２２６）。一方、ステップＳ２１４で、初期化要求がないとされた場合にも、ステップＳ２１４に移行する。したがって、なまし処理のルーチンが一旦実行された後は、ステップＳ２１６〜Ｓ２２４は、実行されないことになる。言い換えれば、ステップＳ２１６〜Ｓ２２４がなまし処理開始時の点火時期およびその後の点火時期の加算量を決定している。

　以上のルーチンによれば、ステップＳ２１８，Ｓ２２２などにより、最初の点火時期が、始動要求の内容に応じて初期値ＡかＢかに制御される。その後、ステップＳ２０８などにより、点火時期は、なまし処理ルーチンを通るたびに、始動要求の内容に応じてａまたはｂだけ進角される。そして、吸入空気量や冷却水温などの物理量に基づく内燃機関の運転状態から算出された点火時期まで進角した段階で、なまし処理の終了が判断される。

　特に、出力要求の初期値Ａを自立要求の初期値Ｂより進角側に定めておけば、運転者がアクセルペダルを踏み込んだときに、駆動力の立ち上がりの遅れが少なくなる。また、自立始動のときには、内燃機関の出力が立ち上がるために生じる振動、ショックが低減され、より快適な乗り心地となる。

　前述した要求点火時期については、例えば、吸入空気量と機関回転速度の２次元マップとして与えられる。このとき、吸入空気量が大きくなればより進角側に、また機関回転速度が高くなればより進角側に制御される。

　また、なまし点火時期の初期値Ａ，Ｂも一定の値ではなく、運転状態によって、変更することが可能である。例えば、出力要求時の初期値Ａは、制御部２２が運転者のペダル操作などに基づき算出した出力要求値と、車両速度の２次元マップとして与えられる。また、スロットルバルブ開度と車両速度の２次元マップとして与えることもできる。この場合、出力要求値またはスロットルバルブ開度が大きいほど、初期値Ａを進角側に設定するようにし、より早く内燃機関の出力が立ち上がるようにする。また、車両速度についても、速度が高いほど進角側に設定するようにする。

　自立要求による始動時の初期値Ｂの場合は、例えば、以下のような場合が考えられる。車両速度が高くなるに従って、進角側となる１次元マップとすることができる。これは、車両速度が高くなると、振動が若干大きくなっても、搭乗者には感じられないと考えられるからである。

　また、燃料噴射量が多くなるに従って、遅角側となる１次元マップとすることができる。燃料噴射量が多い場合、より内燃機関の出力が大きくなることが考えられるので、その分遅角して、振動の要因を少なくするようにする。

　さらに、シフトレバーの位置によっても、変更することができる。パーキングレンジにレバーがあるときは、機械的に原動機の出力軸が固定（パーキングロック）されるため、出力増大の反力として車体への入力が大きくなる可能性がある。このときも、急激な出力の増大を起こさないように、初期値Ｂを遅角側に制御する。例えば、パーキングレンジのときには、他のレンジに対して１０°遅角するように設定する。

　さらに、空気調和装置のコンプレッサを作動する場合にも遅角制御する。空気調和装置のスイッチがＯＮとなっていれば、ＯＦＦの場合に対して１０°遅角側に制御する。空気調和装置のスイッチがＯＮとなっていれば、これによって、内燃機関の出力が高めに設定されていることが考えられる。したがって、出力の立ち上がりも急となる可能性があり、このためあらかじめ初期値を遅角側に制御する。

　さらに、空気調和装置と同様、内燃機関に駆動される補機用オルタネータの駆動負荷を考慮し、電気負荷がある場合も遅角側に制御する。

　以上の出力要求時および自立要求時の初期値Ａ，Ｂは、基本的には、出力要求時の初期値Ａの方が進角側に設定される。これにより、運転者のより大きな駆動力を得たいという要求に対して、より早く駆動力を増加させることができる。

　さらに、早く駆動力を増加させるには、なまし加算量ａ，ｂについても別個に設定することができる。例えば、出力要求による始動時のなまし加算量ａをクランク角で４°、自立要求による始動時のなまし加算量ｂを１°などと設定することができる。このようにすれば、出力要求の場合は、より早く通常の出力を得られるようになる。さらに、初期値Ａ，Ｂの場合と同様に、なまし加算量ａ，ｂを出力要求値、車両速度などに基づき変更することができる。

　以上の制御は、制御部２２が所定のプログラムに従って動作することによって実行される。したがって、制御部２２は、始動要求が車両の駆動力を得るための要求であるかを判断する手段、駆動力を得るための要求であると判断されたか否かによって前記内燃機関の始動時の点火時期を異なる値に設定する手段として機能する。また、設定された点火時期に対して、前記内燃機関の状態に応じた補正を行う補正手段としても機能する。

ハイブリッド車両の概略構成を示す図である。 ハイブリッド車両における内燃機関の始動にかかる処理フローを示す図である。 ハイブリッド車両における内燃機関始動時の点火時期制御にかかるフローを示す図である。

符号の説明

　１０　内燃機関、１２　電動機、１８　バッテリ、２０　インバータ、２２　制御部。

Claims (3)

1. 　内燃機関の始動要求がなされたときに、始動要求が車両の駆動力を得るための要求か否かを判断し、当該始動要求が車両の駆動力を得るための要求である場合に、内燃機関の始動時の点火時期を、駆動力を得るための要求以外の要求と異なる値に設定する内燃機関の始動制御方法。
2. 　内燃機関の自立要求による始動時の点火時期を、自立要求以外の要求による始動時の点火時期と異なる値に設定する、内燃機関の始動制御方法。
3. 　内燃機関の自立要求による始動時の点火時期を、そのときのシフトレバーの位置により変更する内燃機関の始動制御方法。

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