JP2015074285A

JP2015074285A - 始動制御装置

Info

Publication number: JP2015074285A
Application number: JP2013210335A
Authority: JP
Inventors: 晃司三輪; Koji Miwa; 河合　高志; Takashi Kawai; 高志河合
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-10-07
Filing date: 2013-10-07
Publication date: 2015-04-20

Abstract

【課題】エンジン回転数が共振帯に滞留するのを回避してエンジンを始動させることが可能な始動制御装置を提供する。
【解決手段】始動制御装置は、直噴噴射用のインジェクタとポート噴射用のインジェクタとを有するエンジンの始動制御を行う。始動制御装置は、制御手段を備える。制御手段は、エンジンの始動時において、所定のエンジン回転数以下の範囲で、エンジンの出力軸にトルクを付与するモータによりクランキングを開始した後、燃料を噴射させるインジェクタにより決まる初爆のタイミングに合わせて、モータによる出力軸へのトルクを増加させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンの始動制御技術に関する。

特許文献１には、エンジン始動時に、エンジン回転数、及びエンジン水温等からエンジン回転数が共振帯で滞留する可能性があるか否か判定し、滞留する可能性があると判断した場合には、クランキングトルクを低下させ、初爆のタイミングに合わせてモータでトルクを付与することで、エンジンの回転数を速やかに上昇させる技術が開示されている。また、本発明に関連する技術が特許文献２に開示されている。

特開２００９−１９０５２５号公報国際公開ＷＯ２０１２／１１１１４７

直噴噴射用のインジェクタとポート噴射用のインジェクタを備えたエンジンにおいては、始動時に使用するインジェクタによって初爆のタイミング等が異なる。従って、この場合、共振帯にエンジン回転数が滞留する可能性を精度よく判断し、モータによりクランキングトルクを適切に調整することが難しく、結果としてエンジンの始動性が悪化してしまう可能性がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、エンジン回転数が共振帯に滞留するのを回避してエンジンを始動させることが可能な始動制御装置を提供することを主な課題とする。

本発明の１つの観点では、直噴噴射用のインジェクタとポート噴射用のインジェクタとを有するエンジンの始動制御を行う始動制御装置であって、前記エンジンの始動時において、所定のエンジン回転数以下の範囲で、前記エンジンの出力軸にトルクを付与するモータによりクランキングを開始した後、燃料を噴射させるインジェクタにより決まる初爆のタイミングに合わせて、前記モータによる前記出力軸へのトルクを増加させる制御手段を備える。

上記の始動制御装置は、直噴噴射用のインジェクタとポート噴射用のインジェクタとを有するエンジンの始動制御を行う。始動制御装置は、制御手段を備える。制御手段は、例えばＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ：電子制御ユニット）である。制御手段は、エンジンの始動時において、所定のエンジン回転数以下の範囲で、エンジンの出力軸にトルクを付与するモータによりクランキングを開始した後、燃料を噴射させるインジェクタにより決まる初爆のタイミングに合わせて、モータによる出力軸へのトルクを増加させる。これにより、始動制御装置は、直噴噴射用のインジェクタとポート噴射用のインジェクタとを有するエンジンにおいて、エンジン回転数を共振帯に滞留させることなくエンジンを好適に始動させることができる。

実施形態に係る始動制御装置の概略構成図を示す。エンジン始動制御の具体例を示すタイムチャートである。第１の例に係るエンジン始動制御の処理手順を示すフローチャートである。第２の例に係るエンジン始動制御の処理手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明に係る始動制御装置の好適な実施の形態について説明する。

［概略構成］
図１は、本実施形態に係る始動制御装置１００の概略構成を示す。始動制御装置１００は、例えばハイブリッド車両に搭載され、主に、エンジン１と、エンジン１の出力軸であるクランク軸を回転させてエンジン１を始動させる（即ち、クランキングする）動力を発生させるモータ５と、エンジン１及びモータの駆動制御を行うＥＣＵ１０とを有する。また、エンジン１は、図示しない直噴噴射用インジェクタと、ポート噴射用インジェクタとを備える。後述するように、クランキングを開始してから初めての点火タイミングである初爆タイミングは、エンジン１の始動時に最初に使用するインジェクタ（「始動インジェクタＩｔａｇ」とも呼ぶ。）によって異なる。

［エンジン始動制御］
次に、始動制御装置１００のＥＣＵ１０が実行するエンジン始動制御について説明する。概略的には、ＥＣＵ１０は、共振が発生する共振回転数未満の回転数によりエンジン１を回転させた後、噴射制御により決められたエンジン１の初爆タイミングと同じタイミングにより、クランキングをアシストするためのトルク（「アシストトルクＴａ」とも呼ぶ。）を発生させる。これにより、始動制御装置１００は、エンジン１の始動時でのエンジン回転数の共振帯の早期通過を実現する。

（１）タイムチャート
図２は、ＥＣＵ１０が実行するエンジン始動制御の具体例を示すタイムチャートである。図２は、上から順に、上死点（ＴＤＣ）の通過回数を示すＴＤＣ通過回数、クランキングトルク、エンジントルク及びエンジン回転数のグラフを示す。また、図２において、グラフ「Ａ２」は、直噴噴射用インジェクタ（図中では「ＤＩ」と表記する。）を始動インジェクタＩｔａｇとした場合のクランキングトルクの時間変化を示し、グラフ「Ａ３」は、ポート噴射用インジェクタ（図中では「ＰＦＩ」と表記する。）を始動インジェクタＩｔａｇとした場合のクランキングトルクの時間変化を示す。また、グラフ「Ｂ１」は、直噴噴射用インジェクタを始動インジェクタＩｔａｇとした場合において、アシストトルクＴａを発生させない場合のエンジントルクの時間変化を示す。グラフ「Ｂ２」は、直噴噴射用インジェクタを始動インジェクタＩｔａｇとした場合において、初爆タイミングに合わせてアシストトルクＴａを発生させた場合のエンジントルクの時間変化を示す。さらに、グラフ「Ｃ２」は、直噴噴射用インジェクタを始動インジェクタＩｔａｇとした場合のエンジン回転数の時間変化を示し、グラフ「Ｃ３」は、ポート噴射用インジェクタを始動インジェクタＩｔａｇとした場合のエンジン回転数の時間変化を示す。

まず、ＥＣＵ１０は、エンジン回転数が共振回転数以下になるように、モータ５によりクランキングトルクを発生させるトルク制御を行う（グラフＡ１、Ｃ１参照）。また、ＥＣＵ１０は、始動インジェクタＩｔａｇ及び初爆タイミングを決定する。図２の例では、ＥＣＵ１０は、直噴噴射用インジェクタを始動インジェクタＩｔａｇとして使用する場合には、第１回目の上死点の通過時に初爆タイミングを設定し、ポート噴射用インジェクタを始動インジェクタＩｔａｇとして使用する場合には、第３回目の上死点の通過時に初爆タイミングを設定する。

そして、第１回目の上死点の通過時に直噴噴射用インジェクタを始動インジェクタＩｔａｇとして使用して初爆を行った場合、ＥＣＵ１０は、初爆と共にモータ５によりアシストトルクＴａを発生させてクランキングトルクを上昇させる（グラフＡ２参照）。これにより、初爆時の燃焼トルクと、モータ５によるアシストトルクＴａとの合計のトルクがクランク軸に加わってエンジントルクが上昇し（グラフＢ２参照）、結果としてエンジン回転数が共振回転数の帯域（即ち、共振帯）を早期に通過するように上昇する（グラフＣ２参照）。なお、この場合、ＥＣＵ１０は、アシストトルクＴａの大きさを、エンジン回転数の回転上昇速度によらずに決定する。

第３回目の上死点の通過時にポート噴射用インジェクタを始動インジェクタＩｔａｇとして使用して初爆を行った場合も同様に、ＥＣＵ１０は、初爆と共にモータ５によりアシストトルクＴａを発生させてクランキングトルクを上昇させる（グラフＡ３参照）。これにより、初爆時の燃焼トルクと、モータ５によるアシストトルクＴａとの合計のトルクがクランク軸に加わり、エンジン回転数が共振帯を早期に通過するように上昇する（グラフＣ３参照）。なお、この場合、ＥＣＵ１０は、アシストトルクＴａの大きさを、エンジン回転数の回転上昇速度によらずに決定する。

（２）処理フロー
次に、本実施形態におけるエンジン始動制御の処理フローの具体例（第１の例及び第２の例）について、図３及び図４を参照して説明する。

図３は、第１の例に係るエンジン始動制御の処理手順を示すフローチャートである。第１の例では、まず、ＥＣＵ１０は、燃料噴射量を算出する（ステップＳ１０１）。次に、ＥＣＵ１０は、初爆時に噴射させる始動インジェクタＩｔａｇを決定する（ステップＳ１０２）。そして、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１０２で決定した始動インジェクタＩｔａｇに応じた燃料の噴射時期を決定する（ステップＳ１０３）。そして、ＥＣＵ１０は、初めての点火タイミングである初爆タイミングを決定し（ステップＳ１０４）、モータ５を制御してクランキングを開始する（ステップＳ１０５）。この場合、ＥＣＵ１０は、初爆タイミングになるまで、エンジン回転数が共振回転数以下となる通常のクランキングを行う。

次に、ＥＣＵ１０は、初爆タイミングであるか否か判定する（ステップＳ１０６）。そして、ＥＣＵ１０は、初爆タイミングであると判断した場合（ステップＳ１０６；Ｙｅｓ）、アシストトルクＴａを付与すべきタイミング（「アシスト開始時期」とも呼ぶ。）であるか否か判定する（ステップＳ１０７）。例えば、ＥＣＵ１０は、初爆時の任意のクランク角を通過したか否かを監視することで、アシスト開始時期であるか否か判定する。なお、この場合、ＥＣＵ１０は、さらに点火時期を参照してアシスト開始時期であるか否かを判断してもよい。

そして、ＥＣＵ１０は、アシスト開始時期であると判断した場合（ステップＳ１０７；Ｙｅｓ）、モータ５によりアシストトルクＴａを発生させる（ステップＳ１０８）。

図４は、第２の例に係るエンジン始動制御の処理手順を示すフローチャートである。第２の例では、まず、ＥＣＵ１０は、ステップＳ２０１〜Ｓ２０３において、第１の例のステップＳ１０１〜Ｓ１０３と同様に、燃料噴射量、始動インジェクタＩｔａｇ、燃料噴射時期を決定する。次に、ＥＣＵ１０は、クランキングを開始し（ステップＳ２０４）、最初に燃料噴射を行うことになっている第１気筒に燃料噴射を行う（ステップＳ２０５）。

次に、ＥＣＵ１０は、第１の例のステップＳ１０４と同様に、初爆タイミングを決定する（ステップＳ２０６）。そして、ＥＣＵ１０は、ステップＳ２０７、Ｓ２０８において、第１の例のステップＳ１０６、Ｓ１０７と同様に、初爆タイミング及びアシスト開始時期のタイミングを判定する。そして、ＥＣＵ１０は、初爆タイミングとなり（ステップＳ２０７；Ｙｅｓ）、アシスト開始時期になったと判断した場合（ステップＳ２０８；Ｙｅｓ）、モータ５によりアシストトルクＴａを発生させる（ステップＳ２０９）。

（３）作用効果
次に、本実施形態に係る効果について例示する。

第１に、本実施形態に係る始動制御装置１００は、初爆時の燃焼トルクと、モータ５によるアシストトルクＴａとを同時に発生させることで、これらの合計のトルクをクランク軸に与えることができ、エンジン回転数の共振帯への早期通過を実現することができる。

第２に、本実施形態では、初爆時の燃焼トルクに加えて、アシストトルクＴａを同時に発生させることで、共振帯の早期通過のために初爆時の燃焼トルクを大きくする必要がない。従って、点火遅角やデコンプレッションなどの振動低減を優先させる制御や、エミッション低減を優先させるための燃料噴射量及び点火時期の設定を好適に実行することができる。

第３に、本実施形態では、エンジン１の回転上昇速度によらずにアシストトルクＴａを発生させるため、エンジン回転数に基づくフィードバック制御を行った場合と比較して、エンジン回転数の検出遅れによる影響が発生しない。従って、本実施形態では、その時のエンジン回転数によってアシストトルクＴａが大きく変化するようなことが発生しにくいため、安定的にエンジン回転数を上昇させることができる。

第４に、本実施形態に係る始動制御装置１００は、噴射時期などの噴射情報を基にクランキングのアシストタイミングを定めることで、エミッション要求や駆動要求等に基づき初爆タイミングを変更しても、初爆タイミングとアシストトルクＴａの付与タイミングとを好適に合わせることができる。これにより、エンジン回転数の共振帯通過時のクランキングトルクを常に安定して発生させることができる。

なお、始動制御装置１００は、直噴噴射用インジェクタとポート噴射用インジェクタとを有するエンジン１に限らず、２系統以上の噴射システムを有するエンジン、又は、噴射開始タイミングを任意に設定することが可能なエンジンを有していてもよい。この場合であっても、始動制御装置１００は、共振回転数未満の回転数によりエンジンを回転させた後、噴射制御により決められたエンジンの初爆タイミングと同じタイミングにより、アシストトルクＴａを発生させる。これにより、上述の実施形態と同様、エンジン始動時でのエンジン回転数の共振帯の早期通過等を実現することができる。

１エンジン
５モータ
１０ＥＣＵ
１００始動制御装置

Claims

直噴噴射用のインジェクタとポート噴射用のインジェクタとを有するエンジンの始動制御を行う始動制御装置であって、
前記エンジンの始動時において、所定のエンジン回転数以下の範囲で、前記エンジンの出力軸にトルクを付与するモータによりクランキングを開始した後、燃料を噴射させるインジェクタにより決まる初爆のタイミングに合わせて、前記モータによる前記出力軸へのトルクを増加させる制御手段
を備えることを特徴とする始動制御装置。