JP2010163968A - ハイブリッド車両の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バルブタイミングを変化させる過渡運転時の排気性能を向上させる。
【解決手段】本発明は、クランクシャフト６４に対する吸気カムシャフト７７の相対位相角である変換角を変位させる可変動弁機構８を有し、吸気通路７２に燃料を噴射するポート噴射式のエンジン１と、蓄電器４から供給される電力によって駆動するモータ３と、を備え、エンジン１及びモータ３のいずれか一方又は双方の駆動力で走行するハイブリッド車両の燃料噴射制御装置であって、可変動弁機構８によって変換角を変位させてエンジン１の吸気弁７５及び排気弁７６の開弁期間をオーバーラップさせる過渡運転時に燃料噴射を停止する燃料噴射停止手段（Ｓ７）を備えることを特徴とする。
【選択図】図６

Description

本発明はハイブリッド車両の燃料噴射制御装置に関する。

従来のエンジンの燃料噴射制御装置として、バルブタイミングを可変制御するときに、バルブタイミングが目標バルブタイミングに遅れなく制御された場合の吸気ポートの燃料壁流量変化に見合って、エンジンに供給される燃料の過渡補正量を算出するものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−２７６４３１号公報

しかしながら、燃料性状差によって壁流量は変化するため、従来のエンジンの燃料噴射制御装置では、燃料性状の判定精度によっては過渡補正量が多すぎてオーバーリッチとなり、排気性能が悪化するという問題点があった。

本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであり、排気性能を向上させることを目的とする。

本発明は、以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、クランクシャフト（６４）に対する吸気カムシャフト（７７）の相対位相角である変換角を変位させる可変動弁機構（８）を有し、吸気通路（７２）に燃料を噴射するポート噴射式のエンジン（１）と、蓄電器（４）から供給される電力によって駆動するモータ（３）と、を備え、エンジン（１）及びモータ（３）のいずれか一方又は双方の駆動力で走行するハイブリッド車両の燃料噴射制御装置であって、可変動弁機構（８）によって変換角を変位させてエンジン（１）の吸気弁（７５）及び排気弁（７６）の開弁期間をオーバーラップさせる過渡運転時に燃料噴射を停止する燃料噴射停止手段（Ｓ７）を備えることを特徴とする。

本発明によれば、過渡運転時に燃料噴射を停止するので、オーバーリッチになってハイドロカーボンの排出量が増加することがない。したがって、排気性能が向上する。

ハイブリッド車両のエンジンの燃料噴射制御装置の概略システム図である。 エンジンの概略構成図である。 ＶＴＣの概略システム図である。 第１実施形態によるエンジンの燃料噴射制御について説明するフローチャートである。 ＶＴＣ駆動許可時間から燃料カット実施気筒数を算出するテーブルである。 ＶＴＣ駆動許可時間から燃料カット継続時間を算出するテーブルである。 第１実施形態によるエンジンの燃料噴射制御の動作について説明するタイムチャートである。 第２実施形態によるエンジンの燃料噴射制御について説明するフローチャートである。 オーバーラップ量から燃料カット実施気筒数を算出するテーブルである。 オーバーラップ量から燃料カット継続時間を算出するテーブルである。 第３実施形態によるエンジンの燃料噴射制御について説明するフローチャートである。 空燃比から燃料カット継続時間を算出するテーブルである。

以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態によるハイブリッド車両のエンジンの燃料噴射制御装置の概略を示すシステム図である。

ハイブリッド車両は、エンジン１と、クラッチ２と、モータジェネレータ３と、バッテリ４と、変速機５と、を備える。

エンジン１は、ハイブリッド車両の駆動力を発生する。エンジン１の構成については図２を参照して後述する。

クラッチ２は、エンジン１の出力軸１１と、モータジェネレータ３の入力軸３１と、を断接する。クラッチ２を接続することで、エンジン１の駆動力をモータジェネレータ３の入力軸３１に伝達し、又は、モータジェネレータ３の駆動力をエンジン１の出力軸１１に伝達することができる。

モータジェネレータ３は、エンジン１によって駆動されて発電するジェネレータとしての機能と、バッテリ４の電力によってハイブリッド車両の駆動力を発生するモータとしての機能と、を有する。

バッテリ４は、モータジェネレータ３によって発電された電力を蓄電する一方で、モータジェネレータ３に電力を供給して駆動する。電力の蓄電及び供給は、それぞれインバータ４１を介して行われる。

変速機５は、エンジン１及びモータジェネレータ３の駆動力を車両走行状況に応じた駆動力にして、プロペラシャフト５１に出力する。プロペラシャフト５１に出力された駆動力が、デファレンシャルギア５２及びドライブシャフト５３を介して左右の駆動輪５４に伝達され、車両を駆動する。

ハイブリッド車両は上記のように構成されて、エンジン１又はモータジェネレータ３のいずれか一方又は双方の動力を用いて走行することができる。すなわち、エンジン１走行、モータ走行及びハイブリッド（エンジン＋モータ）走行の３つの走行モードから最適な走行モードを運転状態に応じて選択し、走行することができる。

図２は、エンジン１の概略構成図である。

エンジン１は、シリンダブロック６と、シリンダブロック６の頂部を覆うシリンダヘッド７とを備える。

シリンダブロック６には、複数のシリンダ６１が形成される。シリンダ６１には、ピストン６２が摺動自在に嵌合する。ピストン６２は、コンロッド６３によってクランクシャフト６４に連結される。

シリンダヘッド７には、燃焼室７１の頂壁に開口する吸気通路７２及び排気通路７３の一部が形成され、燃焼室７１の頂壁中心に点火栓７４が設けられる。また、シリンダヘッド７には、吸気通路７２の開口を開閉する一対の吸気弁７５と、排気通路７３の開口を開閉する一対の排気弁７６とが設けられる。図２では図面の煩雑を防止するため、一方の吸気弁及び排気弁のみを記載してある。さらに、シリンダヘッド７には、一端部に吸気弁の開閉時期を任意に時期に設定できる可変動弁機構（Variable valve Timing Control；以下「ＶＴＣ」という）８（図示せず）を備えた吸気カムシャフト７７と、排気弁７６を開閉駆動する排気カムシャフト７８とが設けられる。ＶＴＣ８の構成については、図３を参照して後述する。

吸気通路７２には、上流から順にエアフローセンサ７２１と、スロットル弁７２２と、吸気コレクタ７２３と、燃料噴射弁７２４とが設けられる。

エアフローセンサ７２１は、エンジン１に吸入される新気の体積を検出する。

スロットル弁７２２は、アクセル操作に対して独立にその開度を変更することができる電子制御式のスロットル弁であり、エンジン１の吸入空気量を調節する。

吸気コレクタ７２３は、シリンダ内に吸入される空気を蓄える。

燃料噴射弁７２４は、運転状態に応じて燃料を噴射する。

排気通路７３には、空燃比を検出する空燃比センサ７３１が設けられる。

コントローラ１０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。

コントローラ１０には、上述したセンサ信号のほかにも、エンジン１の運転状態を検出する各種センサからの信号が入力される。コントローラ１０は、検出した運転状態に応じて要求トルクを算出し、要求トルクが実現されるようにエンジン１及びモータジェネレータ３のトルクを制御する。

図３は、ＶＴＣ８の概略システム図である。

ＶＴＣ８は、吸気弁７５を開閉する吸気カムシャフト７７の一端部に設けられる。

吸気カムシャフト７７は、その一端部に設けられたカムシャフト駆動用スプロケット８１を介して、図示しないベルトやチェーンでエンジン１のクランクシャフト６４と連係され、クランクシャフト６４に連動して軸周りに回転する。吸気カムシャフト７７には、吸気カムシャフト７７と一体となって回転する数枚のベーン８２が接続される。ベーン８２は、カムシャフト駆動用スプロケット８１の内部に同軸的に配置され、所定の回転角の範囲で相対的に回転可能となっている。

カムシャフト駆動用スプロケット８１は、内部に油圧室を有する。この油圧室は、ベーン８２によって進角油圧室８３と遅角油圧室８４とに区切られる。

進角油圧室８３は進角油路８５を介して、遅角油圧室８４は遅角油路８６を介して、それぞれ通路切り換え用のソレノイドバルブ８０に接続される。ソレノイドバルブ８０には、進角油路８５及び遅角油路８６のほかに、オイルパン８７の作動油を供給するオイル供給路８８と、オイルパン８７に作動油を戻すドレン通路８９と、が接続される。オイル供給路８８の途中にはオイルパン８７の作動油を圧送するオイルポンプ９０が設けられる。

コントローラ１０には、クランク角センサ１０１及びカム角センサ１０２からの信号が入力される。クランク角センサ１０１は、クランクシャフト６４の角度信号を出力するとともに、クランクシャフト６４の基準回転位置で基準クランク位置信号を出力する。カム角センサ１０２は、吸気カムシャフト７７の基準回転位置で基準カム位置信号を出力する。

コントローラ１０は、上記センサ１０１，１０２によって検出されたクランクシャフト６４と吸気カムシャフト７７との基準回転位置のずれ角に基づいて、クランクシャフト６４に対する吸気カムシャフト７７の相対位相角（以下「変換角」という）を算出する。そして、変換角が、エンジン１の運転状態に基づいて設定される目標変換角に追従するように、ソレノイドバルブ８０への通電量をフィードバック制御し、進角油圧室８３及び遅角油圧室８４への油圧を適宜変更、保持する。これにより、ＶＴＣ８は、吸気弁７５のバルブタイミング（開閉時期）を連続的に変化させている。

コントローラ１０は、エンジン始動時には吸気弁７５のバルブタイミングが最遅角状態となるようにＶＴＣ８を制御し、エンジン１の始動を容易にしている。そして、エンジン始動後は吸気弁７５のバルブタイミングを進角させて吸排気弁の開期間をオーバーラップさせる（以下、吸排気弁の開期間をオーバーラップさせた状態のことを「オーバーラップ状態」という）。

最遅角状態のときは、基本的にエンジン水温も低く、壁流量も増加するので、予め壁流分の燃料を増量して燃料噴射を実施する。

一方で、オーバーラップ状態のときは、吸気通路側への燃焼ガスの吹き返しによって噴射燃料の霧化が促進されるので、最遅角状態のときと比較して壁流量を減少させることができる。そのため、冷機時における燃料増量が減少するのでハイドロカーボンの排出量が減少し、排気性能を向上させることができる。

しかしながら、吸気弁７５のバルブタイミングを最遅角状態からオーバーラップ状態に移行する過渡運転時は、増量させた壁流分の燃料の一部又は全部が霧化し、一時的に空燃比がリッチになることがある。そのため、ハイドロカーボンの排出量が増大して排気性能が悪化するという問題点がある。

この問題点の解決手段としては、壁流量が変化する過渡運転時の壁流量を推定し、それに応じて燃料噴射量を減量制御することが考えられる。しかし、壁流量は燃料性状（重軽質）によって変化するため、燃料噴射量の減量制御で対応すると、燃料性状の判定精度によっては十分な効果が得られない可能性がある。

そこで本実施形態では、吸気弁７５のバルブタイミングを始動時に設定された最遅角状態からオーバーラップ状態に移行する過渡運転時は、燃料カットを実施する。以下、このエンジン１の燃料噴射制御について説明する。

図４は、本実施形態によるエンジンの燃料噴射制御について説明するフローチャートである。コントローラ１０は、このルーチンを所定の演算周期（例えば１０ミリ秒）で繰り返し実行する。

ステップＳ１において、コントローラ１０は、冷機始動か否かを判定する。具体的には、エンジン水温が所定温度より低いか否かを判定する。コントローラ１０は、エンジン水温が所定温度よりも低ければ冷機始動と判定してステップＳ２に処理を移行する。一方で、エンジン水温が所定温度よりも高ければ今回の処理を終了する。

ステップＳ２において、コントローラ１０は、エンジン１を始動してからの経過時間を算出する。

ステップＳ３において、コントローラ１０は、エンジン水温に基づいて、ＶＴＣ８を駆動するために必要な油圧の立ち上がり時間、すなわちＶＴＣ８を駆動できるようになるまでの時間（以下「ＶＴＣ駆動許可時間」という）を算出する。エンジン水温が高いときほど、ＶＴＣ駆動許可時間は短くなる。

ステップＳ４において、コントローラ１０は、油圧が立ち上がり、ＶＴＣ８を駆動できるようになったか否かを判定する。具体的には、エンジン１を始動してからの経過時間がＶＴＣ駆動許可時間よりも大きくなったか否かを判定する。コントローラ１０は、エンジン１を始動してからの経過時間がＶＴＣ駆動許可時間よりも大きければＶＴＣ８を駆動できると判断してステップＳ５に処理を移行する。一方で、エンジン１を始動してからの経過時間がＶＴＣ駆動許可時間よりも小さければ今回の処理を終了する。

ステップＳ５において、コントローラ１０は、図５のテーブルを参照し、ＶＴＣ駆動許可時間に基づいて燃料カットを実施する気筒数を算出する。図５は、ＶＴＣ駆動許可時間から燃料カットを実施する気筒数を算出するテーブルであり、ＶＴＣ駆動許可時間が長くなるほど、燃料カットを実施する気筒数は増加する。

ステップＳ６において、コントローラ１０は、図６のテーブルを参照し、ＶＴＣ駆動許可時間に基づいて燃料カットの継続時間を算出する。図６は、ＶＴＣ駆動許可時間から燃料カットの継続時間を算出するテーブルであり、ＶＴＣ駆動許可時間が長くなるほど、燃料カットの継続時間は増加する。

ステップＳ７において、コントローラ１０は、燃料カットを実施しながらＶＴＣ８の変換角を所定の冷機時目標変換角に制御する。

図７は、本実施形態によるエンジン１の燃料噴射制御の動作について説明するタイムチャートである。なお、フローチャートとの対応を明確にするため、フローチャートのステップ番号を併記して説明する。

時刻ｔ１で、エンジン１が始動されると、冷機始動か否かが判定される（Ｓ１）。本タイムチャートは冷機始動の場合を示しており（Ｓ１でＹｅｓ）、エンジン１を始動してからの経過時間が算出され（Ｓ２）、エンジン水温に基づいてＶＴＣ駆動許可時間が算出される（Ｓ３）。なお、冷機時のエンジン回転速度は、モータによって所定のファストアイドル回転速度に制御される（図７（Ｃ））。つまり、エンジントルクの不足分をモータトルクによって補い、エンジン回転速度をファストアイドル回転速度に維持している。

時刻ｔ２で、始動してからの経過時間がＶＴＣ駆動許可時間に達すると（Ｓ４でＹｅｓ）、ＶＴＣ駆動許可時間に基づいて、燃料カットを実施する気筒数と時間とを算出する（Ｓ５，Ｓ６）。そして、燃料カットを実施しながら、ＶＴＣ８の変換角を冷機時目標変換角へと制御する（図７（Ｂ）（Ｄ）；Ｓ７）。

これにより、ＶＴＣ８の変換角を冷機時目標変換角へと制御している間の空燃比がリッチになることがないので（図７（Ａ））、ハイドロカーボンの排出量を抑えることができる。また、ファストアイドル中はモータによってエンジン回転速度を制御しているので（図７（Ｃ））、燃料カットを実施してもトルク変動によるショックが発生せず、運転性を悪化させることもない。

時刻ｔ３で、燃料カット継続時間が経過すると燃料カットを停止する（図７（Ｄ））。

以上説明した本実施形態によれば、冷機時に吸気弁７５のバルブタイミングを最遅角状態からオーバーラップ状態に移行させる過渡運転時に、燃料カットを実施することとした。つまり、燃料カットを実施しながら、ＶＴＣ８の変換角を冷機時目標変換角へと制御することとした。そのため、ＶＴＣ８の変換角を冷機時目標変換角へと制御している間の空燃比がリッチになることがない。よって、ハイドロカーボンの排出量を抑えることができ、排気性能を向上させることができる。

また、ＶＴＣ駆動許可時間が長いとき、つまり壁流量が多いと考えられるときは、燃料カットを実施する気筒数及び時間を多くする。これにより、空燃比の変動をより抑制することができる。

さらに、ファストアイドル中はモータによってエンジン回転速度を制御しているので、燃料カットを実施してもトルク変動によるショックが発生せず、運転性を悪化させることもない。

（第２実施形態）
次に、図８を参照して本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、オーバーラップ量に基づいて燃料カットを実施する気筒数及び時間を算出する点で、第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。なお、以下に示す各実施形態では前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を用いて重複する説明を適宜省略する。

図８は、本実施形態によるエンジン１の燃料噴射制御について説明するフローチャートである。コントローラ１０は、このルーチンを所定の演算周期（例えば１０ミリ秒）で繰り返し実行する。

ステップＳ２１において、コントローラ１０は、冷機時目標変換角に基づいて吸排気弁の開期間のオーバーラップ量を算出する。

ステップＳ２２において、コントローラ１０は、図９のテーブルを参照し、オーバーラップ量に基づいて燃料カットを実施する気筒数を算出する。図９は、オーバーラップ量から燃料カットを実施する気筒数を算出するテーブルであり、オーバーラップ量が大きくなるほど、燃料カットを実施する気筒数は増加する。

ステップＳ２３において、コントローラ１０は、図１０のテーブルを参照し、オーバーラップ量に基づいて燃料カットの継続時間を算出する。図１０は、オーバーラップ量から燃料カットの継続時間を算出するテーブルであり、オーバーラップ量が大きくなるほど、燃料カットの継続時間は増加する。

以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態と同様に効果が得られるとともに、冷機時目標変換角を可変にした場合でも空燃比の変動を抑制することができる。

（第３実施形態）
次に、図１１を参照して本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、空燃比センサの検出値によって燃料カット継続時間を算出する点で、第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。

図１１は、本実施形態によるエンジン１の燃料噴射制御について説明するフローチャートである。コントローラ１０は、このルーチンを所定の演算周期（例えば１０ミリ秒）で繰り返し実行する。

ステップＳ３１において、コントローラ１０は、図１２のテーブルを参照し、検出した空燃比に基づいて燃料カットの継続時間を算出する。図１２は、空燃比から燃料カットの継続時間を算出するテーブルであり、空燃比がリッチなときほど、燃料カットの継続時間は増加する。

以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態と同様に効果が得られるとともに、実際の空燃比を検出して燃料カットの継続時間を算出するので、より空燃比の変動を抑制することができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

上記第１実施形態では、ＶＴＣ駆動許可時間をエンジン水温に基づいて算出していたが、ＶＴＣ８が駆動し始めたのをカム角センサ１０２等によって検出し、エンジン始動からＶＴＣの駆動開始までの時間をＶＴＣ駆動許可時間としてもよい。

また上記第２実施形態では、目標変換角から目標オーバーラップ量を算出し、その目標オーバーラップ量に基づいて燃料カット気筒数及び時間を算出していたが、目標変換角に基づいて燃料カット気筒数及び時間を算出してもよい。

１ エンジン
３ モータジェネレータ（モータ）
４ バッテリ（蓄電器）
８ 可変動弁機構
６４ クランクシャフト
７２ 吸気通路
７５ 吸気弁
７６ 排気弁
７７ 吸気カムシャフト
Ｓ３ 駆動許可時間算出手段
Ｓ５ 燃料噴射停止気筒数算出手段
Ｓ６ 燃料噴射停止時間算出手段
Ｓ７ 燃料噴射停止手段
Ｓ２２ 燃料噴射停止気筒数算出手段
Ｓ２３ 燃料噴射停止時間算出手段
Ｓ３１ 燃料噴射停止時間算出手段

Claims (5)

1. クランクシャフトに対する吸気カムシャフトの相対位相角である変換角を変位させる可変動弁機構を有し、吸気通路に燃料を噴射するポート噴射式のエンジンと、
   蓄電器から供給される電力によって駆動するモータと、
   を備え、
   前記エンジン及び前記モータのいずれか一方又は双方の駆動力で走行するハイブリッド車両の燃料噴射制御装置であって、
   前記可変動弁機構によって前記変換角を変位させて前記エンジンの吸気弁及び排気弁の開弁期間をオーバーラップさせる過渡運転時に燃料噴射を停止する燃料噴射停止手段を備える
   ことを特徴とするハイブリッド車両の燃料噴射制御装置。
2. 前記燃料噴射停止手段は、
   前記エンジンを始動させてから前記可変動弁機構を駆動できるようになるまでの駆動許可時間を算出する駆動許可時間算出手段と、
   前記駆動許可時間に基づいて、燃料噴射を停止する気筒数を算出する燃料噴射停止気筒数算出手段と、
   前記駆動許可時間に基づいて、燃料噴射を停止する時間を算出する燃料噴射停止時間算出手段と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の燃料噴射制御装置。
3. 前記燃料噴射停止気筒数算出手段は、前記駆動許可時間が長いときほど、燃料噴射を停止する気筒数を増やし、
   前記燃料噴射停止時間算出手段は、前記駆動許可時間が長いときほど、燃料噴射を停止する時間を長くする
   ことを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド車両の燃料噴射制御装置。
4. 前記燃料噴射停止手段は、
   目標変換角に応じて燃料噴射を停止する気筒数を算出する燃料噴射停止気筒数算出手段と、
   前記目標変換角に応じて燃料噴射を停止する時間を算出する燃料噴射停止時間算出手段と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の燃料噴射制御装置。
5. 前記燃料噴射停止気筒数算出手段は、前記目標変換角に基づいて定まるオーバーラップ量が大きいときほど、燃料噴射を停止する気筒数を増やし、
   前記燃料噴射停止時間算出手段は、前記オーバーラップ量が大きいときほど、燃料噴射を停止する時間を長くする
   ことを特徴とする請求項４に記載のハイブリッド車両の燃料噴射制御装置。

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