JP2019182301A - Engine start control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の気筒及びピストンを有するエンジンを、モータを用いて始動させるエンジンの始動制御装置に関する。 The present invention relates to an engine start control device for starting an engine having a plurality of cylinders and pistons using a motor.
一般に自動車等の車両においては、スタータモータでフライホイールを回転させて内燃機関のエンジンを始動させている。一方、車両駆動源として内燃機関のエンジンと電動駆動用モータとを組み合わせたハイブリッド電気自動車(HEV)では、前記スタータモータを廃止し、駆動用モータのモータトルクでエンジンを始動させることが検討されている。この場合、エンジン始動に備えて駆動用モータの電源電池に余裕電力を残存させておく必要が生じ、これにより電気走行の許容航続距離が制限される問題が指摘されている。 Generally, in a vehicle such as an automobile, an engine of an internal combustion engine is started by rotating a flywheel with a starter motor. On the other hand, in a hybrid electric vehicle (HEV) that combines an engine of an internal combustion engine and an electric drive motor as a vehicle drive source, it has been studied to abolish the starter motor and start the engine with the motor torque of the drive motor. Yes. In this case, it is necessary to leave surplus power in the power source battery of the drive motor in preparation for engine start, and this has pointed out a problem that the allowable cruising distance for electric travel is limited.
他方、例えばアイドリングストップ機能を備えた自動車のエンジン始動時において、エンジンを一時的に逆回転させることで、当該エンジンを速やかに始動させる技術が知られている(特許文献1参照)。この技術では、エンジンを始動させる際、当該エンジンの停止時に圧縮行程の状態にあった停止時圧縮行程気筒を燃焼させ、ピストンを押し下げる。つまり、エンジンを逆回転させる。これに伴い、停止時膨張行程気筒のピストンが押し上げられて筒内圧力が高められる。このような膨張行程気筒を燃焼させることで、高い始動エネルギーでエンジンを正回転始動させることができる。 On the other hand, for example, when starting an engine of an automobile equipped with an idling stop function, a technique for quickly starting the engine by temporarily rotating the engine reversely is known (see Patent Document 1). In this technique, when starting an engine, the compression stroke cylinder at the time of the stop which was in the state of the compression stroke when the engine is stopped is burned, and the piston is pushed down. That is, the engine is reversely rotated. Along with this, the piston in the expansion stroke cylinder at the time of stop is pushed up, and the cylinder pressure is increased. By burning such an expansion stroke cylinder, the engine can be started to rotate forward with high starting energy.
しかし、上掲のエンジン逆回転始動では、停止時圧縮行程気筒において初回の燃焼を成立させるためのピストン位置制御の難易度が高いという問題がある。つまり、燃焼が成立するピストン位置の範囲が狭く、エンジン停止の際にピストンを燃焼成立位置で停止させる停止位置制御が非常に困難となる。また、停止時圧縮行程気筒の燃焼を用いて前記逆回転始動させることが常に効果的であるとは限らず、前記燃焼が無駄な燃焼となりかねない場合もある。 However, in the engine reverse rotation start described above, there is a problem that the degree of difficulty of piston position control for establishing the first combustion in the stop-time compression stroke cylinder is high. That is, the range of the piston position where combustion is established is narrow, and it is very difficult to perform stop position control for stopping the piston at the combustion establishment position when the engine is stopped. In addition, it is not always effective to start the reverse rotation using combustion in the compression stroke cylinder at the time of stop, and the combustion may become useless combustion.
本発明の目的は、モータによるエンジンの始動及びエンジンの逆回転始動の技術を適用しつつ、モータの消費電力を抑制すると共に始動制御を容易化することができ、さらに前記逆回転始動を効果的に実行できるエンジンの始動制御装置を提供することにある。 An object of the present invention is to reduce the power consumption of the motor while facilitating the start-up control while applying the engine start-up and engine reverse-rotation start-up techniques. It is another object of the present invention to provide an engine start control device that can be executed.
本発明の一局面に係るエンジンの始動制御装置は、吸気弁及び排気弁を有し燃料を燃焼させる複数の気筒とピストンとを有するエンジンを駆動可能なモータと、前記気筒における燃焼動作を制御する燃焼制御部と、前記モータの動作を制御するモータ制御部と、前記エンジンの停止時におけるピストン停止位置を検出する検出部と、を備え、前記モータ制御部は、前記複数の気筒のうち、前記エンジンの停止時に圧縮行程の状態にある停止時圧縮行程気筒のピストンが、前記エンジンの始動時において、圧縮上死点を越えない所定の基準位置まで移動した後に停止するよう、前記エンジンの停止時における前記停止時圧縮行程気筒の前記ピストン停止位置に応じた第1モータ駆動量を設定し、前記燃焼制御部は、前記検出部が検出する、前記停止時圧縮行程気筒の前記ピストン停止位置が、前記吸気弁の閉時期よりも下死点側である第1条件のとき、前記モータ制御部が前記第1モータ駆動量で前記モータを動作させた後に、前記停止時圧縮行程気筒を燃焼させて前記エンジンを一時的に逆回転させ、次いで、前記エンジンの停止時に膨張行程の状態にある停止時膨張行程気筒を燃焼させて、前記エンジンを正回転させる手順を含む逆転始動制御を実行し、前記検出部が検出する、前記停止時圧縮行程気筒の前記ピストン停止位置が、前記吸気弁の閉時期よりも上死点側である第2条件のとき、前記逆転始動制御を実行しない。 An engine start control device according to one aspect of the present invention controls an engine having an intake valve and an exhaust valve and capable of driving an engine having a plurality of cylinders and pistons for burning fuel, and a combustion operation in the cylinders. A combustion control unit; a motor control unit that controls the operation of the motor; and a detection unit that detects a piston stop position when the engine is stopped, wherein the motor control unit includes the cylinder among the plurality of cylinders. When the engine is stopped so that the piston of the compression cylinder at the time of stop when the engine is stopped is stopped after moving to a predetermined reference position not exceeding the compression top dead center at the time of starting the engine. A first motor drive amount corresponding to the piston stop position of the compression stroke cylinder at the time of stop at, and the combustion control unit is detected by the detection unit, When the piston stop position of the compression stroke cylinder at the time of stop is in a first condition that is at the bottom dead center side with respect to the closing timing of the intake valve, the motor control unit operates the motor with the first motor driving amount. Later, the compression stroke cylinder at the time of stop is burned to temporarily reverse the engine, and then the expansion stroke cylinder at the time of stop when the engine is stopped is burned, and the engine is rotated forward. And when the second stop condition is detected by the detection unit and the piston stop position of the compression stroke cylinder at the time of stop is at the top dead center side with respect to the closing timing of the intake valve. The reverse rotation start control is not executed.
このエンジンの始動制御装置によれば、モータ制御部は、停止時圧縮行程気筒のピストンが、圧縮上死点を越えない所定の基準位置まで移動した後に停止するような第1モータ駆動量を設定する。ピストンを移動させる場合、最も大きな駆動量を要するのは筒内圧が最も高くなる圧縮上死点を通過させるタイミングである。このため、モータでエンジンを始動させる場合において、前記ピストンが圧縮上死点を通過する範囲までエンジンを回転させるようなモータ駆動量を設定すると、当該モータが大きな電力を消費してしまう。上記構成では、前記基準位置までのピストン移動に必要なモータ駆動量が設定されるだけであるので、モータによる消費電力を抑制することができる。 According to this engine start control device, the motor control unit sets the first motor drive amount such that the piston of the stop compression stroke cylinder stops after moving to a predetermined reference position not exceeding the compression top dead center. To do. When the piston is moved, the timing for passing the compression top dead center at which the in-cylinder pressure becomes the highest is required to move the piston. For this reason, when starting the engine with a motor, if the motor drive amount is set such that the engine is rotated to the range where the piston passes the compression top dead center, the motor consumes a large amount of power. In the above configuration, only the motor drive amount necessary for moving the piston to the reference position is set, so that power consumption by the motor can be suppressed.
燃焼制御部は、前記第1条件のとき、前記第1モータ駆動量によって停止時圧縮行程気筒のピストンが前記基準位置まで移動した後に、前記停止時圧縮行程気筒を燃焼させてエンジンを一時的に逆回転させる。この際、前記基準位置まで移動されたピストンによって筒内圧は高められているので、燃焼が生じ易くなる。また、エンジン停止時に、停止時圧縮行程気筒のピストンがどの位置(クランク角)に停止していようとも、前記第1モータ駆動量によってピストンは前記基準位置まで移動されるので、前記燃焼を安定的に発生させることができる。従って、その後に実行される、停止時膨張行程気筒の燃焼も安定的なものとなり、エンジンを確実に正回転始動させることができる。 In the first condition, the combustion control unit temporarily burns the engine during the stop-time compression stroke after the piston of the stop-time compression stroke cylinder moves to the reference position by the first motor drive amount. Reverse rotation. At this time, since the in-cylinder pressure is increased by the piston moved to the reference position, combustion easily occurs. Further, when the engine is stopped, the piston is moved to the reference position by the first motor driving amount regardless of the position (crank angle) of the piston of the compression stroke cylinder at the time of stop, so that the combustion is stably performed. Can be generated. Therefore, the combustion of the expansion stroke cylinder at the time of stop executed thereafter is also stable, and the engine can be reliably started to rotate forward.
一方、燃焼制御部は、前記第2条件のとき、前記逆転始動制御を実行しない。停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置が、吸気弁の閉時期よりも上死点側である場合、前記ピストンによる停止時圧縮行程気筒内の燃焼室の圧縮代が小さいものとなる。すなわち、エンジン停止によって気筒内は大気圧に戻るので、前記ピストンが上死点に近い程、前記ピストンを前記基準位置まで移動させても筒内圧の高まり度合いが小さくなる。このため、前記第2条件が成立する状況で前記停止時圧縮行程気筒を燃焼させても、安定的な燃焼を確保できなかったり、十分な始動パワーを得られなかったりする場合がある。従って、前記第2条件のとき、前記逆転始動制御を実行させないようにすることで、無駄な燃焼を抑制することができる。 On the other hand, the combustion control unit does not execute the reverse rotation start control when the second condition is satisfied. When the piston stop position of the stop compression stroke cylinder is on the top dead center side with respect to the closing timing of the intake valve, the compression allowance of the combustion chamber in the stop compression stroke cylinder by the piston is small. That is, since the cylinder returns to atmospheric pressure when the engine is stopped, the degree of increase in the in-cylinder pressure decreases as the piston approaches the top dead center, even if the piston is moved to the reference position. For this reason, even if the compression stroke cylinder at the time of stop is burned in a situation where the second condition is satisfied, stable combustion may not be ensured or sufficient starting power may not be obtained. Therefore, useless combustion can be suppressed by not performing the reverse rotation start control in the second condition.
上記のエンジンの始動制御装置において、前記燃焼制御部は、前記逆転始動制御を実行しない場合において、前記検出部が検出する、前記停止時膨張行程気筒のピストン停止位置が、前記排気弁の開弁時期近傍の所定位置よりも上死点側であるとき、前記停止時膨張行程気筒を燃焼させて、前記エンジンを正回転させることが望ましい。 In the engine start control device, when the combustion control unit does not execute the reverse rotation start control, the piston stop position of the stop-time expansion stroke cylinder detected by the detection unit is the opening of the exhaust valve. When the engine is on the top dead center side with respect to a predetermined position in the vicinity of the time, it is desirable that the expansion stroke cylinder at the time of stop is burned and the engine is rotated forward.
このエンジンの始動制御装置によれば、前記逆転始動制御が実行されない場合において、停止時膨張行程気筒を燃焼させる。これにより、エンジンを正回転させ、当該エンジンを始動させることができる。 According to this engine start control device, when the reverse start control is not executed, the stop-time expansion stroke cylinder is burned. Thereby, the engine can be rotated forward and the engine can be started.
上記のエンジンの始動制御装置において、前記燃焼制御部は、前記逆転始動制御を実行しない場合において、前記検出部が検出する、前記停止時膨張行程気筒のピストン停止位置が、前記排気弁の開弁時期近傍の所定位置よりも下死点側であるとき、前記エンジンの始動のための前記停止時圧縮行程気筒及び前記停止時膨張行程気筒の燃焼を実行しないことが望ましい。 In the engine start control device, when the combustion control unit does not execute the reverse rotation start control, the piston stop position of the stop-time expansion stroke cylinder detected by the detection unit is the opening of the exhaust valve. It is desirable not to execute combustion in the stop-time compression stroke cylinder and the stop-time expansion stroke cylinder for starting the engine when it is at the bottom dead center side from a predetermined position near the time.
停止時膨張行程気筒のピストン停止位置が、排気弁の開弁時期近傍の所定位置よりも下死点側であると、当該気筒の密閉性が確保できていないので、前記停止時膨張行程気筒では企図する燃焼を行わせることができない。従って、上記の状況においては、前記停止時圧縮行程気筒だけでなく、前記停止時膨張行程気筒の燃焼を実行しないことで、無駄な燃焼を抑止することができる。 If the piston stop position of the expansion stroke cylinder at the stop is at the bottom dead center side than the predetermined position near the opening timing of the exhaust valve, the sealing performance of the cylinder cannot be secured. The intended combustion cannot be performed. Therefore, in the above situation, useless combustion can be suppressed by not performing combustion not only in the stop-time compression stroke cylinder but also in the stop-time expansion stroke cylinder.
上記のエンジンの始動制御装置において、前記モータ制御部は、前記エンジンの停止時に吸気行程の状態にある停止時吸気行程気筒のピストンが、前記エンジンの始動時において、圧縮上死点を越えない所定の基準位置まで移動した後に停止するよう、前記停止時吸気行程気筒の前記ピストン停止位置に応じた第2モータ駆動量を設定し、前記燃焼制御部は、前記モータ制御部が前記第2モータ駆動量で前記モータを動作させた後に、前記停止時吸気行程気筒を燃焼させて前記エンジンを一時的に逆回転させることが望ましい。 In the engine start control device, the motor control unit is configured such that a piston of a stop-intake stroke cylinder that is in an intake stroke state when the engine is stopped does not exceed a compression top dead center when the engine is started. The second motor drive amount is set according to the piston stop position of the intake stroke cylinder at the time of stop so as to stop after moving to the reference position, and the combustion control unit is configured so that the motor control unit is driven by the second motor drive. After operating the motor by the amount, it is desirable to burn the stop-time intake stroke cylinder to temporarily reverse the engine.
このエンジンの始動制御装置によれば、エンジンの始動時に前記停止時圧縮及び膨張行程気筒の燃焼を行わない場合において、停止時吸気行程気筒を用いて前記逆転始動を実行させ、エンジンを始動させることが可能となる。 According to this engine start control device, when the stop-time compression and expansion stroke cylinders are not burned when the engine is started, the reverse start is executed using the stop-time intake stroke cylinder, and the engine is started. Is possible.
この場合、前記燃焼制御部は、前記一時的な逆回転に続いて、前記停止時圧縮行程気筒であって前記第2モータ駆動量による前記モータの動作によって膨張行程に至っている気筒を燃焼させて、前記エンジンを正回転させることが望ましい。 In this case, following the temporary reverse rotation, the combustion control unit burns the cylinder at the stop compression stroke that has reached the expansion stroke due to the operation of the motor by the second motor drive amount. It is desirable to rotate the engine forward.
このエンジンの始動制御装置によれば、前記停止時吸気行程気筒の燃焼によるエンジンの逆回転に引き続いて、膨張行程に進んだ停止時圧縮行程気筒の燃焼によって、エンジンを正回転させ、これにより当該エンジンを始動させることができる。 According to this engine start control device, following the reverse rotation of the engine due to the combustion of the stop-time intake stroke cylinder, the engine is normally rotated by the combustion of the stop-time compression stroke cylinder that has advanced to the expansion stroke, thereby The engine can be started.
上記のエンジンの始動制御装置において、前記モータ制御部が前記モータ駆動量を設定する前記エンジンの始動時は、操作者が前記エンジンの始動操作を行ったとき、又は、所定のエンジン停止条件の成立によって前記エンジンが停止した後に、所定のエンジン再始動条件が成立したとき、を含むことが望ましい。 In the engine start control device, when the engine is started, the motor control unit sets the motor drive amount, when an operator starts the engine or when a predetermined engine stop condition is satisfied. It is desirable to include a case where a predetermined engine restart condition is satisfied after the engine has stopped.
このエンジンの始動制御装置によれば、エンジンのマニュアル始動時、アイドリングストップ等からの自動始動時の双方において、モータの消費電力を抑制及び始動制御の容易化を図ることができる。 According to this engine start control device, the power consumption of the motor can be suppressed and the start control can be facilitated both during the manual start of the engine and during the automatic start from an idling stop or the like.
上記のエンジンの始動制御装置において、前記エンジンは、車両を走行させる駆動源として、電気駆動用モータと共に前記車両に搭載されるものであって、前記電気駆動用モータが、前記エンジンを駆動可能なモータを兼ねていることが望ましい。 In the engine start control apparatus, the engine is mounted on the vehicle together with an electric drive motor as a drive source for running the vehicle, and the electric drive motor can drive the engine. It is desirable to also serve as a motor.
このエンジンの始動制御装置によれば、スタータモータというパーツの使用を省けると共に、電気駆動用モータの使用電力を抑制することができる。従って、電気走行の航続距離を長くすることができる。 According to this engine start control device, the use of a part called a starter motor can be omitted, and the electric power used by the electric drive motor can be suppressed. Therefore, the cruising distance of electric travel can be increased.
本発明によれば、モータによるエンジンの始動及びエンジンの逆回転始動の技術を適用しつつ、モータの消費電力を抑制すると共に始動制御を容易化することができ、さらに前記逆回転始動を効果的に実行できるエンジンの始動制御装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while applying the technique of the engine start by a motor and the reverse rotation start of an engine, the power consumption of a motor can be suppressed and start control can be made easy, and also the said reverse rotation start is effective. It is possible to provide a start control device for an engine that can be executed in the first place.
[HEVの構成]
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。まず、本発明に係るエンジンの始動制御装置が適用されるハイブリッド自動車HEV(車両)の構成について、図1のシステム図に基づいて説明する。ハイブリッド自動車HEVは、当該自動車HEVの駆動源となるエンジン1と、同じく自動車HEVの駆動源であって電動駆動用のモータ20と、エンジン1及びモータ20が発生する駆動力を適宜な変速比で駆動輪Wに伝達するトランスミッション30と、自動車HEVの全体動作を制御するVCM(Vehicle Control Module)40とを含む。
[Configuration of HEV]
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, the configuration of a hybrid vehicle HEV (vehicle) to which the engine start control device according to the present invention is applied will be described based on the system diagram of FIG. The hybrid vehicle HEV includes an
エンジン1は、ガソリン等の燃料を燃焼させる複数の気筒2を備えた4サイクルの内燃機関エンジンである。図1では、4つの気筒2が直列に配置されている例を示している。気筒2における燃焼動作は、PCM(Powertrain Control Module)17(燃焼制御部の一部)によって制御される。図2は、エンジン1の構成を示す概略的な断面図であり、ここでは1つの気筒2のみを示している。エンジン1は、気筒2が内部に形成されたシリンダブロック3と、各気筒2の上部開口を閉塞するようにシリンダブロック3の上面に取り付けられたシリンダヘッド4と、各気筒2にそれぞれ往復動可能に挿入された複数のピストン5とを含む。
The
ピストン5の上方には、ペントルーフ型の燃焼室6が区画されている。燃焼室6では燃料と空気との混合気が燃焼され、その燃焼による膨張力で押し下げられたピストン5が上下方向に往復運動する。ピストン5の下方には、エンジン1の出力軸であるクランク軸7が設けられている。クランク軸7は、ピストン5とコネクティングロッド8を介して連結され、ピストン5の往復運動に応じて回転駆動される。
A pent roof
シリンダヘッド4には、燃焼室6に開口する吸気ポート9及び排気ポート10と、吸気ポート9を開閉する吸気弁11と、排気ポート10を開閉する排気弁12と、吸気弁11及び排気弁12をクランク軸7の回転に連動して開閉駆動する動弁機構13、14とが組み付けられている。さらにシリンダヘッド4には、燃焼室6内の混合気に強制着火して燃焼を発生させる点火プラグ15と、燃焼室6に燃料を噴射するインジェクタ16とが配置されている。点火プラグ15の電極部は、燃焼室6の天井面の中央部付近に配置される一方、インジェクタ16の燃料噴射弁は燃焼室6の側壁付近に配置されている。ピストン5の冠面には、インジェクタ16から噴射された燃料を受け入れるためのキャビティ5Aが形成されている。
The
図1に戻り、モータ20にはインバータ21及びバッテリー22が電気的に接続されている。モータ20は、例えばアキシャギャップ型の同期電動機からなるモータである。モータ20は、バッテリー22から供給される電力によって駆動されることで自動車HEVを推進させる駆動力を発生する電動機として機能する一方で、回生力により回転駆動されてバッテリー22に電力を充電させる発電機としても機能する。インバータ21は、バッテリー22の直流電力を交流電力に変換してモータ20に供給する。なお、回生時にはインバータ21は、モータ20が発電する交流電力を直流電力に変換してバッテリー22に充電させる。
Returning to FIG. 1, an
トランスミッション30は、所要の変速比に自動変速する自動変速機であり、複数の動力伝達経路と、これらの経路の中から一つを選択して特定の変速比の動力伝達経路を形成させる複数の変速クラッチ31とを備えている。トランスミッション30の変速比は、TCM(Transmission Control Module)32によって制御される。トランスミッション30の出力は、デファレンシャル33を介して駆動輪Wに伝達される。
The
エンジン1とモータ20との間の動力伝達経路には、第1クラッチ34が配設されている。また、モータ20とトランスミッション30との間の動力伝達経路には、第2クラッチ35が配設されている。第1、第2クラッチ34、35は、前記動力伝達経路において動力伝達の断接を行うものであり、例えばオイルに浸された複数のクラッチ板を有する湿式の多板クラッチからなる。第1、第2クラッチ34、35が締結状態とされると、主にエンジン1によりトランスミッション30を介して駆動輪Wが駆動される(エンジン走行モード)。この状態では、モータ20によるエンジン走行の駆動アシストも可能となる。一方、第1クラッチ34が解放状態であって第2クラッチ35が締結状態とされると、モータ20のみによりトランスミッション30を介して駆動輪Wが駆動される電気走行モードとなる。この状態は、回生動作時(充電時)にも用いられる。
A first clutch 34 is disposed in the power transmission path between the
さらに、本実施形態では、モータ20によりエンジン1が駆動可能とされている。すなわち、エンジン1にスタータモータ等は付設されず、電気駆動用のモータ20がエンジン1の始動時においてエンジン1を駆動するモータを兼ねている。エンジン始動の際には、第1クラッチ34が締結状態とされる一方で第2クラッチ35が解放状態とされ、モータ20が発生するモータトルクが、エンジン1に与えられる(エンジン始動モード)。
Furthermore, in the present embodiment, the
VCM40は、自動車HEVの各所に設置されたセンサや操作者から与えられる操作情報に基づいて、エンジン1、モータ20、トランスミッション30及び第1、第2クラッチ34、35の動作を制御する。図1では、前記センサとして、エンジン潤滑油の温度を計測するエンジン油温センサSN1、エンジン冷却水の温度を計測するエンジン水温センサSN2、エンジン回転数やピストン5の位置検知のためのクランク軸7の回転角を検出するクランク角センサSN3、走行環境の気圧を計測する気圧センサSN4を示している。この他、VCM40には、アクセルの開度情報、吸排気の圧力、温度の情報等が入力される。
The
VCM40は、機能的に、エンジン制御部41(燃焼制御部の一部)、モータ制御部42、クラッチ制御部43及び変速機制御部44を備えている。エンジン制御部41は、PCM17を介して、エンジン1に関する各種動作、例えば点火プラグ15の点火タイミング、インジェクタ16による燃料噴射のタイミングや燃料噴射量、燃焼室6へ取り入れる空気量などを制御することで、エンジントルクを制御する。
The
モータ制御部42は、インバータ21を介してモータ20の動作を制御する。具体的にはモータ制御部42は、所要のモータトルクを上掲の各種センサからの情報に基づいて設定し、モータ20が前記モータトルクを出力するよう、インバータ21を制御してバッテリー22からモータ20に所要の電力を供給させる。なお、モータ制御部42は、回生動作時にはインバータ21を制御して、バッテリー22への充電動作を制御する。さらに、本実施形態においてモータ制御部42は、エンジン1の始動時において、エンジン1の停止時に圧縮行程の状態にある停止時圧縮行程気筒2のピストン5を、圧縮上死点を越えない所定位置まで移動した後に停止するよう、当該ピストン5の停止位置に応じたモータトルクを設定するともに、モータ20を動作させる。この点については、後記で詳述する。
The
クラッチ制御部43は、第1、第2クラッチ34、35の締結/解放動作を制御する。この締結/解放動作の制御を通してクラッチ制御部43は、少なくとも上述のエンジン走行モード(駆動アシストモード)、電気走行モード及びエンジン始動モードを切り換える制御を実行する。変速機制御部44は、TCM32を介して、運転シーンに応じて設定される出力トルク、車速、負荷に応じて、トランスミッション30の変速比を制御する。
The
[比較例に係る逆転始動制御]
アイドリングストップ機能を備えた自動車においては、アイドリングストップ後のエンジン再始動時に、当該エンジンを速やかに始動させることが要請される。この場合、スタータモータでエンジン出力軸を駆動するクランキングを経てエンジンを始動させるような、始動完了までに相応の時間を要する始動方法は望ましくない。そこで、エンジンの始動時に、エンジンを一時的に逆回転させることで、当該エンジンを速やかに始動させる逆転始動制御が採用されることがある。本実施形態においても、この逆転始動制御を採用しているが、先ずは従前の逆転始動制御を比較例として説明する。
[Reverse rotation start control according to comparative example]
In an automobile having an idling stop function, it is required to start the engine promptly when the engine is restarted after idling stop. In this case, a starting method that requires a considerable time to complete the start, such as starting the engine through cranking in which the engine output shaft is driven by the starter motor, is not desirable. Therefore, there is a case where reverse start control is employed in which the engine is started quickly by temporarily rotating the engine reversely when the engine is started. This reverse rotation start control is also adopted in this embodiment, but first, the conventional reverse rotation start control will be described as a comparative example.
図3は、比較例に係る逆転始動制御を説明するための図、図4(A)〜(C)は、比較例に係る逆転始動制御によるエンジンの動作を説明するための図である。これらの図では、エンジン1が備える4つの気筒2のうち、エンジン1の停止時に圧縮行程の状態にあった停止時圧縮行程気筒2aと、膨張行程の状態にあった停止時膨張行程気筒2bとが模式的に示されている。図3において「P1」は、エンジン1の停止時におけるピストン5の停止位置を示している。図4(A)では、エンジン停止時における各気筒2a、2b内のピストン5a、5bの位置を、簡略的に示している。
FIG. 3 is a diagram for explaining the reverse rotation start control according to the comparative example, and FIGS. 4A to 4C are diagrams for explaining the operation of the engine by the reverse rotation start control according to the comparative example. In these drawings, among the four
逆転始動制御では、停止時圧縮行程気筒2aにおいて1回目の点火である第1点火IG1が実行される。これにより、停止時圧縮行程気筒2aで燃焼が生じ、図4(B)に示すように、ピストン5aが押し下げられる。つまり、エンジン1が逆回転する。これに伴い、停止時膨張行程気筒2bのピストン5bが押し上げられ、該気筒2bの筒内圧力が高められる。続いて、停止時膨張行程気筒2bにおいて2回目の点火である第2点火IG2が実行される。これにより、停止時膨張行程気筒2bで燃焼が生じ、図4(C)に示すように、ピストン5bが押し下げられる。つまり、エンジン1が正回転する。この燃焼は、気筒2bの筒内圧力が高められた状態で発生するので、高い始動エネルギーでエンジンを正回転始動させることができる。
In the reverse rotation start control, the first ignition IG1 that is the first ignition is executed in the stop-time
しかし、上記の逆回転始動では、停止時圧縮行程気筒2aにおいて1回目の燃焼を成立させるためのピストン位置制御の難易度が高いという問題がある。すなわち、図3に付記しているように、停止時圧縮行程気筒2aにおいて高い着火確率を得ることができるピストン5aの停止範囲PAが、狭い範囲(図3では、PA=BTDC60deg〜102deg)に限られている。例えばアイドリングストップ制御でエンジン1を一時的に停止させる際に、このような狭い停止範囲PAにピストン5aを停止させることは困難である。
However, in the above-described reverse rotation start, there is a problem that the difficulty of piston position control for establishing the first combustion in the stop-time
停止範囲PAの下限(BTDC102deg)は、吸気弁11が閉じ始めるタイミングであり、これよりも進角側であると気筒2aの密閉性が確保できないので、燃焼は成功しない。停止範囲PAの上限(BTDC60deg)は、気筒2a内において第1点火IG1の前にインジェクタ16から噴霧された燃料を含む混合気を、点火プラグ15の電極部の配置位置に良好に流れ込ませることができる上限のクランク角である。この点を図5に基づき説明する。
The lower limit (BTDC 102 deg) of the stop range PA is the timing at which the
図5(A)〜(C)は、インジェクタ16から燃焼室6内に噴霧された燃料の流動状態を説明するための図である。図5(A)は、気筒2内においてピストン5(5a)が、図3の停止位置P1で停止している場合の噴霧燃料の流動状態を示している。ピストン5の冠面には、キャビティ5Aが凹設されている。キャビティ5Aの周囲には、燃焼室6のペントルーフ型の天井面に沿うように、ピストン5の外周縁に向けて先下がりに傾斜するスキッシュエリア5Sが形成されている。燃焼室6の一方の側壁位置から放出された噴霧燃料は、矢印A1で示すように、スキッシュエリア5Sにガイドされて燃焼室6の他方の側壁位置へ至り、前記他方の側壁に沿って上方へ折り返され、燃焼室6の天井面の中央に配置されている点火プラグ15の電極部へ向かう。従って、第1点火IG1によって噴霧燃料に着火できる確率が極めて高くなる。この矢印A1で示す噴霧燃料の流動を得ることができる上限が、停止範囲PAの上限である。
FIGS. 5A to 5C are views for explaining the flow state of the fuel sprayed from the
図5(B)は、ピストン5が、停止範囲PAの上限を越えて圧縮上死点に接近(BTDC54deg)して停止している場合において、インジェクタ16から燃焼室6内に燃料を噴霧させた場合の噴霧燃料の流動状態を示している。この場合、ピストン5が上昇し過ぎていることから、矢印A2で示すように、噴霧燃料はキャビティ5Aに衝突して流動方向が変えられ、スキッシュエリア5Sでガイドされなくなる。このため、矢印A1のような噴霧燃料の折り返し流動は生じず、点火プラグ15の電極部へ噴霧燃料が届きにくくなる。このため、第1点火IG1による噴霧燃料の着火確率は著しく低下する。また、図5(C)に示すようにピストン5が下がりすぎていると、スキッシュエリア5Sは噴霧燃料を上方向にガイドする役目を果たせない。すなわち、矢印A3で示すように、噴霧燃料は燃焼室6の他方の側壁位置で下方に折り返されてしまい、やはり点火プラグ15の電極部へ噴霧燃料が届きにくくなる。
FIG. 5 (B) shows that when the
以上より、ピストン5が停止範囲PAの範囲内で停止しないと、例えばピストン5が停止位置P1に停止しないと、気筒2において逆回転のための燃焼条件が成立しないことになる。つまり、逆転始動制御が行えず、他の始動制御を選択するほかない。しかし、エンジン停止時に、ピストン5を狭い停止範囲PA=BTDC60deg〜102degに常に自然停止させることは不可能である。また、ピストン5にブレーキを掛ける等して停止範囲PA内にピストン5を停止させる制御を行うとしても、それは複雑且つ困難なものとなる。とりわけ、本実施形態のハイブリッド自動車HEVにおいては、モータ20はエンジン1を回転させることはできるが、その回転を強制停止させることができないため、ピストン5の停止制御は本来的に困難である。従って、比較例の方式では、常時逆転始動制御が行えないという問題があった。また、BTDC60deg〜102degという範囲は、気筒2において筒内圧が大きい領域とは言えず、燃焼が成立しても大きな逆回転エネルギーが得られないという問題もあった。
From the above, if the
[本実施形態に係る逆転始動制御]
上記の問題に鑑み、本実施形態では、停止時圧縮行程気筒2(2a)のピストン5(5a)の停止位置に拘わらず、確実に逆転始動制御が行うことができ、また、大きな逆回転エネルギー(逆回転駆動力)を得ることができる逆転始動制御を提供する。図6は、本実施形態に係る逆転始動制御の概念を説明するための図、図7(A)〜(D)は、当該逆転始動制御による動作を説明するための図である。
[Reverse start control according to this embodiment]
In view of the above problem, in the present embodiment, the reverse rotation start control can be reliably performed regardless of the stop position of the piston 5 (5a) of the compression stroke cylinder 2 (2a) at the time of stop, and a large reverse rotation energy is obtained. Provided is reverse rotation start control capable of obtaining (reverse rotation driving force). FIG. 6 is a diagram for explaining the concept of the reverse rotation start control according to the present embodiment, and FIGS. 7A to 7D are diagrams for explaining the operation by the reverse rotation start control.
上述の比較例と大きく相違する点は、本実施形態においては、停止時圧縮行程気筒2aのピストン5aをエンジン始動時に逆転燃焼させる前に、当該ピストン5aを、圧縮上死点(TDC)を越えない所定の基準位置P0まで移動させる点である。基準位置P0は、停止時圧縮行程気筒2aの筒内圧を十分に上昇させることができるクランク角が選ばれる。例えば、基準位置P0は、BTDC50deg〜15degの範囲、好ましくはBTDC40deg〜20degの範囲に設定することができる。
The main difference from the comparative example described above is that, in the present embodiment, before the
モータ制御部42(図1)は、エンジン1の始動時において、ランダムなクランク角の位置で停止しているピストン5aが基準位置P0まで移動した後に停止するよう、エンジン1の停止時におけるピストン5aの停止位置に応じたモータトルク(モータ駆動量)を設定する。すなわち、図6に示すように、ピストン5aが停止位置P11で停止している場合は、モータ制御部42は、限られた始動時間内にピストン5aを停止位置P11から基準位置P0まで移動させることができるモータトルクT1を設定する。
When the
同様に、ピストン5aがP11よりも下死点(BDC)に近い停止位置P12で停止している場合には、ピストン5aを停止位置P12から基準位置P0まで移動させることができるモータトルクT2を設定する。また、P12よりもさらにBDCに近い停止位置P12で停止している場合には、ピストン5aを停止位置P13から基準位置P0まで移動させることができるモータトルクT3を設定する。
Similarly, when the
ピストン5aが停止位置P11、P12、P13のいずれの位置に停止していても、所定の始動時間内に基準位置P0までピストン5aを移動させる必要があるので、モータトルクはT1<T2<T3の関係となる。図8は、ピストン5aの停止位置とモータトルクとの関係を模式的に示すグラフである。ピストン5aの停止位置が基準位置P0からBDCに近づく程、設定されるモータトルクは大きくなる傾向となる。実際には、設定されるモータトルクは、図8に示すようにクランク角に対してリニアな関係とならない場合もある。モータ制御部42は、設定されたモータトルクをモータ20が出力するようインバータ21を制御して、バッテリー22からモータ20へ所要の電力を供給させる。
Even if the
基準位置P0を、例えばBTDC40deg〜20degの範囲に設定するのは、気筒2aの筒内圧を高めて着火性を良好とする一方で、モータ20の消費電力を抑制する目的がある。ピストン5aを移動させる場合、最も大きなトルクを要するタイミングは、筒内圧が最も高くなるTDCを通過させるタイミングである。このため、ピストン5aがTDCを通過する範囲までエンジンを回転させようとすると、大きなモータトルクが必要となり、モータ20が大きな電力を消費してしまう。しかし、本実施形態の基準位置P0は、TDCを越えないクランク角に設定されている。このため、ピストン5aを停止位置P11、P12、P13から基準位置P0へ移動させる、比較的小さいモータトルクで済む。従って、モータ20による消費電力を抑制することができる。
Setting the reference position P0 within a range of, for example,
また基準位置P0は、図6に示すように、TDCに対して所定の回避領域Pxを介した進角側の位置に設定されている。この回避領域PxはTDCに近いゆえ、当該回避領域Pxにピストン5aが至ると気筒2aの筒内圧が相当高くなる領域である。このような回避領域Pxまでピストン5aを押し上げようとすると、TDCを通過させる場合よりは低いとは言え、かなりのモータトルクを要する。しかし、本実施形態では、このようなTDCに近いクランク角の回避領域Pxを外して基準位置P0が設定されるので、モータトルクを抑制することができる。
Further, as shown in FIG. 6, the reference position P0 is set to a position on the advance side with respect to TDC via a predetermined avoidance area Px. Since the avoidance region Px is close to TDC, when the
モータ制御部42は、上記のモータトルクを、種々の条件に応じて補正して設定する。モータトルクは、ピストンの動作抵抗に依存する。例えば、ピストン5aを、図6の停止位置P13から基準位置P0までモータトルクで移動させる場合、ピストン5aの動作抵抗が大きい程、大きなモータトルクが必要となる。ここで、ピストン5aの動作抵抗は種々の変動因子によって変動する。前記変動因子は、例えばエンジン水温、エンジン油温、大気圧等である。エンジン冷却水や潤滑油の温度によって、ピストン5aの摺動抵抗は変化し得る。また、自動車HEVが走行する標高(気圧)も、前記摺動抵抗に影響を与える。このため、モータ制御部42は、エンジン1の始動時に、エンジン油温センサSN1、エンジン水温センサSN2及び気圧センサSN4から現状の計測データを取得し、前記モータトルクを補正する。これにより、エンジン始動時に摺動抵抗の変動因子が介在しても、ピストン5aを基準位置P0まで的確に移動させることができる。
The
図7(A)〜(D)を参照して、本実施形態の逆転始動制御の動作を説明する。図7(A)は、エンジン1の停止時に圧縮行程の状態にある停止時圧縮行程気筒2a(停止時圧縮)と、膨張行程の状態にある停止時膨張行程気筒2b(停止時膨張)とにおける、それぞれのピストン5a、5bの停止位置を模式的に示す図である。停止時圧縮行程気筒2aのピストン5aは、あるクランク角の停止位置Psにて停止しているものとする。
With reference to FIGS. 7A to 7D, the operation of the reverse rotation start control of the present embodiment will be described. FIG. 7A shows a stop-time
この図7(A)の状態からエンジン1を始動させる際、VCM40は所定の逆転始動制御を実行する。ここで、エンジン1の始動時は、操作者がハイブリッド自動車HEVに備えられるスタート釦を押下する等してエンジン1の始動操作を行ったとき、又は、所定のエンジン停止条件の成立によって前記エンジンが停止した後に、所定のエンジン再始動条件が成立したとき、を含む。後者において、アイドリングストップの場合、前記エンジン停止条件は、例えば操作者がブレーキペダルを踏んで停車したとき又はセレクトバーが「P」レンジに有るときであり、前記エンジン再始動条件は、例えばブレーキペダルから操作者が足を離したときである。つまり、本実施形態においてエンジン始動時は、エンジン1のマニュアル始動時、アイドリングストップ等からの自動始動時の双方を含む。
When the
上記のエンジン始動時に、モータ制御部42は、ピストン5aを停止位置Psから基準位置P0まで移動させるのに必要なモータトルクTを算出する。この際、上述のセンサSN1、SN2、SN4の計測データを参照してモータトルクTを補正する。クラッチ制御部43は、第1クラッチ34を締結する一方で、第2クラッチ35を解放するよう制御する。そして、モータ制御部42は、モータ20に対して算出されたモータトルクTを与える。つまり、モータ制御部42は、モータ20が求められたモータトルクTを発生するよう、インバータ21を制御してモータ20に電力を供給させる。
When the engine is started, the
これにより、図7(B)に示すように、モータ20はピストン5aを基準位置P0へ向けて押し上げる動作を開始する。これに伴い、停止時膨張行程気筒2bのピストン5bは、反動で押し下げられることになる。ピストン5aが停止位置Psから基準位置P0へ移動する間の適宜なタイミングで、エンジン制御部41は、停止時圧縮行程気筒2aのインジェクタ16を制御して、当該気筒2a内に燃料を噴射させる。
Accordingly, as shown in FIG. 7B, the
ピストン5aが基準位置P0に到達すると、エンジン制御部41は、気筒2aの点火プラグ15を制御して、当該気筒2a内の混合気に対して、始動後1回目の点火である第1点火IG1を実行する。これにより、図7(C)に示すように、停止時圧縮行程気筒2aで燃焼が生じ、その燃焼圧でピストン5aが押し下げられる。つまり、エンジン1が一時的に逆回転する。その反動で、停止時膨張行程気筒2bのピストン5bは押し上げられるようになる。従って、気筒2bの空気は圧縮され、筒内圧は上昇する。
When the
次いで、エンジン制御部41は、停止時膨張行程気筒2bのインジェクタ16を制御して、当該気筒2b内に燃料を噴射させると共に、気筒2bの点火プラグ15を制御して2回目の点火である第2点火IG2を実行する。これにより、図7(D)に示すように、停止時膨張行程気筒2bで燃焼が生じ、その燃焼圧でピストン5bが押し下げられる。つまり、エンジン1が正回転する。以下、同様な動作が他の気筒2において実行されることで、エンジン1が運転状態となるものである。
Next, the
上記では、停止時圧縮行程気筒2a及び停止時膨張行程気筒2bに着目して動作を説明したが、図9のタイムチャートにより、エンジン始動時における4つの気筒2の動作を説明しておく。図中の#1〜#4の符号は、4つの気筒を表している。図9には、エンジンの停止したタイミングが「停止位置Ps」として示されている。ここでは、#3気筒が停止時圧縮行程気筒、#1気筒が停止時膨張行程気筒である。また、#2気筒は停止時排気行程気筒、#4気筒は停止時吸気行程気筒となる。なお、#1〜#4気筒の各サイクルに対して、吸気弁11の開弁期間IV1〜IV4と、排気弁12の開弁期間EV1〜EV4とが、それぞれ付記されている。
In the above description, the operation has been described focusing on the stop-time
既述の通り、停止位置Psから基準位置P0まで#3気筒のピストン5がモータ20によって移動される。つまり、停止位置Psから基準位置P0までピストン5を正回転方向に移動させる期間がモータ20の駆動期間となる。この駆動期間内に、#3気筒において始動後1回目の燃料噴射である第1燃料噴射F1が実行され、続いて始動後1回目の点火動作である第1点火IG1が実行される。これにより、#3気筒で燃焼が発生し、エンジン1は一時的に逆回転する。
As described above, the
上記の逆回転の期間における適宜なタイミングで、#1気筒において第2燃料噴射F2が実行され、当該#1気筒の圧縮トップ付近で第2点火IG2が実行される。これにより、#1気筒で燃焼が発生し、エンジン1は正回転する。通常のサイクルであれば、次に燃焼が行われるのは#3気筒であるが、この#3気筒は、先の逆回転を生成するために圧縮行程時に既に燃焼させているので、使用できない。このため、#3気筒をスキップして、#4気筒において圧縮行程時に第3燃料噴射F3が実行され、膨張行程時に第3点火IG3が実行される。続いて、#2気筒において圧縮行程時に第4燃料噴射F4が実行され、膨張行程時に第4点火が実行されるものである。
At an appropriate timing in the above reverse rotation period, the second fuel injection F2 is executed in the # 1 cylinder, and the second ignition IG2 is executed near the compression top of the # 1 cylinder. As a result, combustion occurs in the # 1 cylinder, and the
以上説明した実施形態によれば、モータ20の駆動によって停止時圧縮行程気筒2aのピストン5aが基準位置P0まで移動させ、その後に、当該気筒2aを燃焼させてエンジン1を一時的に逆回転させる。このため、エンジン停止時に気筒2aのピストン5aがどの位置(クランク角)に停止していようとも、モータトルクによってピストン5aは基準位置P0まで移動されるので、気筒2aにおいて燃焼を安定的に発生させることができる。また、基準位置P0まで移動されたピストン5aによって気筒2aの筒内圧は高められているので、混合気への着火性が良好であるだけでなく、大きな逆回転エネルギー(逆回転駆動力)を発生させることができる。従って、気筒2aに続いて燃焼が行われる停止時膨張行程気筒2bの筒内圧を高めることができ、その後のエンジン1の正回転始動をスムースに行わせることができる。
According to the embodiment described above, the piston 20a of the stop-time
さらに、基準位置P0までのピストン移動にモータトルクを使用するだけであるので、モータ20による消費電力を抑制することができる。従って、スタータモータを廃止し、モータ20のモータトルクでエンジン1を始動させるハイブリッド自動車HEVにおいて、バッテリー22の使用量を抑制することができる。従って、エンジン始動に備えてバッテリーに余裕電力を残存させておく必要があるハイブリッド自動車HEVにおいて、電気走行の許容航続距離を延ばすことが可能となる。
Furthermore, since only the motor torque is used to move the piston to the reference position P0, the power consumption by the
[ピストン停止位置に応じた始動制御]
上記実施形態では、エンジン始動時において、停止時圧縮行程気筒2aのピストン5aを、単に基準位置P0へ移動させる例を示した。しかし、ピストン5aの停止位置によっては、他の始動制御を実行した方が良い場合がある。ここでは、ピストン停止位置に応じて、上述の逆転始動制御と、他の始動制御とを使い分ける例について説明する。
[Starting control according to piston stop position]
In the above-described embodiment, the example in which the
図10は、ピストンの停止位置に応じて始動モードを設定する実施形態を説明するための図である。図10には、停止時圧縮行程気筒2a及び停止時膨張行程気筒2bの動作領域が、クランク角に関連付けて示されている。停止時圧縮行程気筒2aについては、領域(1)、領域(2)及び領域(3)の3領域に区分されている。領域(1)は、BDC〜BTDC80degの間の領域、領域(2)は、BTDC80deg〜BTDC60degの間の領域、領域(3)は、BTDC60deg〜TDCの間の領域である。ここで、BTDC80degは、停止時圧縮行程気筒2aにおいて吸気弁11が完全に閉じる吸気弁閉位置P(IVC)に対応するクランク角である。また、BTDC60degは、先に図5(A)で説明した通り、混合気を点火プラグ15へ良好に導くことができる上限のクランク角である。これらクランク角は一例である。
FIG. 10 is a diagram for explaining an embodiment in which the start mode is set according to the stop position of the piston. FIG. 10 shows the operation regions of the stop-time
停止時膨張行程気筒2bには、上記領域(2)のクランク角の範囲に概ね対応する領域(2A)、及び、上記領域(3)のクランク角の範囲に概ね対応する領域(3A)が設定されている。領域(2A)は、停止時膨張行程気筒2bにおいて排気弁12が開き始める排気弁開弁開始位置P(EVOS)の前後領域である。ここでは、領域(2A)の進角側エンドが90deg、遅角側エンドが138degに設定されている例を示している。138degは、排気弁12がフルオープンとなる排気弁開位置P(EVOC)に対応するクランク角であって、概ね上記領域(2)の遅角側エンド(BTDC60deg)に対応するクランク角である。領域(3A)は、排気弁開位置P(EVOC)からBDCまでの領域である。
The
VCM40は、エンジン1の停止時において、停止時圧縮行程気筒2aのピストン5aが上記領域(1)〜(3)のいずれで停止しているか、及び、停止時膨張行程気筒2bのピストン5bが上記領域(2A)、(3A)のいずれで停止しているかに基づいて、始動モードを選択し、所定のエンジン始動制御を実行する。なお、エンジン停止時におけるピストン5a、5bの各々の停止位置は、クランク角センサSN3(検出部)の計測値に基づいて検出される。
In the
ピストン5aが領域(1)に停止している場合(第1条件)、VCM40は始動モードIとして、先に図7に基づき説明した通りの、停止時圧縮行程気筒2aのピストン5aをモータトルク(第1モータ駆動量)で基準位置P0まで移動させると共に該気筒2aを始動1回目に燃焼させることで、エンジン1を一時的に逆回転させる逆転始動制御を実行する。ピストン5aが領域(2)に停止している場合(第2条件)、VCM40は、上記の逆転始動制御を実行しない。この場合、VCM40は始動モードIIとして、停止時膨張行程気筒2bを始動1回目に燃焼させて、エンジン1を正回転させる始動制御を実行する(図14参照)。ピストン5aが領域(3)に停止している場合(第2条件)、VCM40は、停止時圧縮行程気筒2a及び停止時膨張行程気筒2bで始動1回目の燃焼を行わない。この場合、VCM40は始動モードIIIとして、停止時吸気行程気筒2cのピストン5cをモータトルク(第2モータ駆動量)で基準位置P0まで移動させると共に該気筒2cを始動1回目に燃焼させることで、エンジン1を一時的に逆回転させる逆転始動制御を実行する。以下、これら始動モードI、II、IIIについて、図11を参照して説明する。
When the
図11は、VCM40によるエンジン1の始動制御の一例を示すフローチャートである。VCM40は、始動制御を実行する前提として、エンジン1が停止状態であることを確認する(ステップS1)。次に、VCM40は、エンジン1の始動指示が有るか否かを確認する(ステップS2)。ここでの始動指示には、例えばアイドリングストップ動作により一時的に停止したエンジン1を再始動させる場合のように、所定のエンジン停止条件の成立によってエンジン1が停止した後に、所定のエンジン再始動条件が成立した場合の始動指示や、ハイブリッド自動車HEVの操作者がエンジンの始動操作を行ったことによる始動指示が含まれる。エンジン1の始動指示が無い場合(ステップS2でNO)、VCM40は始動制御を保留する。
FIG. 11 is a flowchart showing an example of start control of the
エンジン1の始動指示が有った場合(ステップS2でYES)、VCM40は、停止時圧縮行程気筒2aのピストン5aの停止位置が、上記領域(1)〜(3)のいずれであるかを判定する(ステップS3)。具体的にはVCM40は、クランク角センサSN3の計測値(ピストン停止位置情報)に基づいてピストン5aの停止しているクランク角を導出する。そして、VCM40は、そのクランク角が、上記領域(1)〜(3)を区画するものとして予め定められたクランク角範囲のいずれに属するかを判定する。
When the
続いて、VCM40のモータ制御部42は、エンジン1の始動時においてモータ20を動作させるためのモータトルクを設定する(ステップS4)。ステップS4で設定されるモータトルクは、始動モードIが選択される場合には、上述の通り、所定の始動期間内に、停止時圧縮行程気筒2aのピストン5aを基準位置P0までモータ20で移動させるのに必要なモータトルク(第1モータ駆動量)である。後述するが、始動モードIIの場合には、エンジン1を正回転始動させるに際して、モータ20で始動アシストを行うのに必要なモータトルクが設定される。また、始動モードIIIの場合には、停止時吸気行程気筒2cのピストン5cを基準位置P0までモータ20で移動させるのに必要なモータトルク(第2モータ駆動量)が設定される。
Subsequently, the
以下、VCM40は、ステップS3の判定結果に基づき、始動モードI〜IIIのいずれかを設定する(ステップS5、S6)。ステップS3において、停止時圧縮行程気筒2aのピストン5aの停止位置が領域(1)に有ると判定された場合(ステップS5でYES;第1条件)、始動モードIが設定される(ステップS11;図12)。ピストン5aの停止位置が領域(1)ではなく(ステップS5でNO;第2条件)、領域(2)に有ると判定された場合(ステップS6でYES)、始動モードIIが設定される(ステップS21;図13)。また、ピストン5aの停止位置が領域(2)ではない場合(ステップS6でNO)、始動モードIIIが設定される(ステップS31;図15)。
Hereinafter, the
<始動モードI>
図12は、始動モードIの動作を示すフローチャートである。ここに示しているフローは、先に図7に基づいて説明した動作と実質的に同じである。図12では、停止時圧縮行程気筒2aと停止時膨張行程気筒2bの動作を直列的に記載しているが、両気筒2a、2bでの動作は一部重複して実行され得る(以下のフローチャートでも同じ)。
<Starting mode I>
FIG. 12 is a flowchart showing the operation in the start mode I. The flow shown here is substantially the same as the operation described above with reference to FIG. In FIG. 12, the operations of the stop-time
モータ制御部42は、ステップS3で設定されたモータトルクをモータ20が発生するようインバータ21を制御し、モータ20を駆動する(ステップS101)。上記モータトルクを発生した後、モータ20は停止する(ステップS102)。このモータ20の動作に並行して、停止時圧縮行程気筒2aに対する処理が実行される。すなわち、エンジン制御部41は、気筒2aのインジェクタ16を制御して、当該気筒2aに対する燃料噴射動作を実行させる(ステップS12)。モータ20の停止(ステップS102)に伴って、ピストン5aが基準位置P0に到達する(ステップS13)。
The
その後(或いは到達の直前に)、エンジン制御部41は、気筒2aの点火プラグ15を制御して、気筒2aにおいて始動1回目の第1点火を行う(ステップS14)。これにより、当該気筒2aで燃焼が発生し、ピストン5aが基準位置P0から進角側へ押し下げされる。すなわち、エンジン1は一時的に逆回転する(ステップS15)。
Thereafter (or just before reaching), the
この逆回転に伴い、停止時膨張行程気筒2bのピストン5bは上昇を開始し、当該気筒2b内の空気は徐々に圧縮される。この状態で、エンジン制御部41は、気筒2bのインジェクタ16を制御して、当該気筒2bに対する燃料噴射動作を実行させる(ステップS16)。そして、ピストン5bが気筒2b内において所定のクランク角に到達すると(ステップS17)、エンジン制御部41は、気筒2bの点火プラグ15を制御して、気筒2bにおいて始動2回目の第2点火を行う(ステップS18)。これにより、気筒2bで燃焼が発生し、ピストン5bは遅角側へ押し下げられる。すなわち、エンジン1は正回転する(ステップS19)。以降、始動3回目以降の点火が行われ、エンジン1は始動する。
Along with the reverse rotation, the
<始動モードII>
始動モードIIが選択される領域(2)は、停止時圧縮行程気筒2aのピストン5aが、吸気弁11の閉時期である吸気弁閉位置P(IVC)よりもTDCに近い側に停止している状態である。この場合、エンジン制御部41は、始動モードIのような逆転始動制御を実行しない。これは、ピストン5aの停止位置が、吸気弁11の閉時期よりもTDC側である場合、ピストン5aによる気筒2a内の燃焼室6の圧縮代が小さいものとなる。すなわち、エンジン停止によって気筒2a内は大気圧に戻るので、ピストン5aがTDCに近い程、ピストン5aを基準位置P0まで移動させても筒内圧の高まり度合いが小さくなる。このため、領域(2)でピストン5aが停止している気筒2aを燃焼させても、安定的な燃焼を確保できなかったり、十分な始動パワーを得られなかったりする場合がある。つまり、無駄な燃焼を気筒2aで行わせることになりかねない。
<Starting mode II>
In the region (2) in which the start mode II is selected, the
エンジン制御部41は、この始動モードIIでは、停止時圧縮行程気筒2aでの逆回転のための燃焼を実行せず、停止時膨張行程気筒2bを始動1回目に燃焼させて、エンジン1を正回転始動させる。図10に示すように、気筒2aの領域(2)にピストン5aが存在している場合、気筒2bのピストン5bは領域(2A)に存在する。この場合、ピストン5bの停止位置は、排気弁開位置P(EVOC=138deg)よりもTDC側の位置となる。
In this start mode II, the
ピストン5bが排気弁開位置P(EVOC)よりもBDC側で停止している場合、気筒2bの気密性が確保されない状態となるので、当該気筒2bを始動1回目の燃焼には使えない。しかし、ピストン5bが排気弁開位置P(EVOC)よりもTDC側で停止している場合、気筒2bの気密性が確保され得る。吸気弁11は、排気弁開弁開始位置P(EVOS=116deg)で開き始めるが、完全に開いてはいないため、燃焼を発生させることができる。現に、図10に付記しているように、領域(2A)における着火率は高く、クランク角116deg〜138degの範囲における平均筒内最大圧力Pmaxも高い値となっている。
When the
以上より、始動モードIIでは、停止時膨張行程気筒2bを始動1回目の燃焼に用いる。しかし、始動モードIのように、ピストン5bを押し上げる動作が省かれるので、気筒2bの筒内圧が不足気味となる。それゆえ、始動初期に各気筒2において、ピストン5がTDCを通過するだけの十分なトルクを与えられないことが想定される。このため、始動初期においてモータ20の駆動力をアシスト的にエンジン1に加え、スムースな始動を確保する。
As described above, in the start mode II, the stop-time
図13は、始動モードIIの動作を示すフローチャート、図14(A)〜(C)は、始動モードIIの動作を説明するための図である。図14(A)は、始動モードIIが選択される場合の、停止時圧縮行程気筒2a及び停止時膨張行程気筒2bのピストン5a、5bの停止位置を模式的に示している。この場合、気筒2aのピストン5aが、吸気弁閉位置P(IVC)よりもTDCに近い位置に、気筒2bのピストン5bが、排気弁開位置P(EVOC)よりもTDC側に近い位置に、それぞれ停止している。
FIG. 13 is a flowchart showing the operation in the start mode II, and FIGS. 14A to 14C are diagrams for explaining the operation in the start mode II. FIG. 14A schematically shows the stop positions of the
始動モードIIの実行に際し、クラッチ制御部43は、第1クラッチ34を締結する一方で、第2クラッチ35を解放するよう制御する。これは、モータ20による始動アシストを行うためである。モータ制御部42は、前記始動アシストを行うのに必要なモータトルクを設定する。そして、モータ制御部42は、設定されたモータトルクをモータ20が発生するようインバータ21を制御し、モータ20の駆動を開始し(ステップS201)、始動アシスト用のモータトルクをエンジン1に与える。
When executing the start mode II, the
このようなモータ20の動作に並行して、停止時膨張行程気筒2bに対する処理が実行される。すなわち、エンジン制御部41は、気筒2bのインジェクタ16を制御して、当該気筒2bに対する燃料噴射動作を実行させる(ステップS22)。ピストン5bが気筒2b内において所定のクランク角に到達すると(ステップS23)、エンジン制御部41は、気筒2bの点火プラグ15を制御して、図14(B)に示すように気筒2bにおいて始動1回目の第1点火IG21を行う(ステップS24)。これにより、気筒2bで燃焼が発生し、モータ20の駆動力のアシストも受けて、ピストン5bは遅角側へ押し下げられる。すなわち、エンジン1は正回転する(ステップS25)。
In parallel with the operation of the
続いてエンジン制御部41は、停止時圧縮行程気筒2aのインジェクタ16を制御して、当該気筒2aに対する燃料噴射動作を実行させる(ステップS26)。なお、この段階で、気筒2aは膨張行程に移行している。そして、ピストン5aが気筒2a内において所定のクランク角に到達すると(ステップS27)、エンジン制御部41は、気筒2aの点火プラグ15を制御して、図14(C)に示すように気筒2bにおいて始動2回目の第2点火IG22を行う(ステップS28)。これにより、気筒2aで燃焼が発生し、ピストン5aは遅角側へ押し下げられ、エンジン1は正回転する(ステップS29)。この第2点火IG22の段階まで前記始動アシストが継続され、その後モータ20が停止される(ステップS202)。以降、始動3回目以降の点火が行われ、エンジン1は始動する。
Subsequently, the
<始動モードIII>
始動モードIIIが選択される領域(3)は、停止時圧縮行程気筒2aのピストン5aが、上記領域(2)に比べて、吸気弁閉位置P(IVC)よりもさらにTDCに近い領域である。図10に示すように、気筒2aの領域(3)にピストン5aが存在している場合、気筒2bのピストン5bは領域(3A)に存在する。この場合、ピストン5bの停止位置は、排気弁開位置P(EVOC)よりもBDC側の位置となる。従って、気密性が確保できていないので、気筒2bを始動1回目の燃焼に用いることはできない。もちろん、気筒2aを用いての逆回転始動は、ピストン5aをモータ20で移動させることよる前記圧縮代が始動モードIIよりもさらに小さいものとなるので、使用することができない。このため、始動モードIIIにおいてエンジン制御部41は、気筒2a及び気筒2bを用いた始動1回目の燃焼を実行しない。これに代えてエンジン制御部41は、この始動モードIIIでは、停止時吸気行程気筒2c(図16)を用いて始動1回目の燃焼を実行させ、エンジン1を逆回転始動させる。
<Starting mode III>
The region (3) in which the start mode III is selected is a region in which the
図15は、始動モードIIIのフローチャート、図16(A)〜(D)は、始動モードIIIの動作を説明するための図である。図16(A)は、始動モードIIIが選択される場合の、停止時圧縮行程気筒2a及び停止時膨張行程気筒2bのピストン5a、5bの停止位置を模式的に示している。この場合、気筒2aのピストン5aが、吸気弁閉位置P(IVC)よりもTDCに近い位置に、気筒2bのピストン5bが、排気弁開位置P(EVOC)よりもBDC側に近い位置に、それぞれ停止している。図10を参照すれば、気筒2aのピストン5aは、TDCに最も近い領域(3)に停止していることになる。この場合、停止時吸気行程気筒2cのピストン5cは、図10の領域(3A)に対応するクランク角の範囲に位置していることになる。
FIG. 15 is a flowchart of the start mode III, and FIGS. 16A to 16D are diagrams for explaining the operation of the start mode III. FIG. 16A schematically shows the stop positions of the
始動モードIIIでは、停止時吸気行程気筒2cのピストン5cを、モータ20の駆動力で上述の基準位置P0まで移動させ、気筒2cで始動1回目の燃焼を実行させる。この燃焼でエンジン1を逆回転させ、他の気筒(例えば停止時圧縮行程気筒2a)の筒内圧を高めた上で、始動2回目の燃焼を実行させ、エンジン1を正回転始動させる。始動モードIIIの実行に際し、クラッチ制御部43は、第1クラッチ34を締結する一方で、第2クラッチ35を解放するよう制御する。モータ制御部42は、図16(B)に示すように、気筒2cのピストン5cを、その停止位置PsからBDCを通過して基準位置P0まで移動させるのに必要なモータトルクを算出する。この際、センサSN1、SN2、SN4の計測データを参照してモータトルクを補正する。
In the start mode III, the
図15を参照して、モータ制御部42は、設定されたモータトルクをモータ20が発生するようインバータ21を制御し、モータ20を駆動する(ステップS301)。上記モータトルクを発生した後、モータ20は停止する(ステップS302)。これにより、図16(C)に示すように、停止時吸気行程気筒2cのピストン5cが基準位置P0に向けて移動される。このようなモータ20の動作に並行して、停止時吸気行程気筒2cに対する処理が実行される。すなわち、エンジン制御部41は、気筒2cのインジェクタ16を制御して、当該気筒2cに対する燃料噴射動作を実行させる(ステップS32)。モータ20の停止(ステップS302)に伴って、ピストン5cが基準位置P0に到達する(ステップS33)。このとき、停止時圧縮行程気筒2aのピストン5aは下降し、前記圧縮代が確保された状態となる。
Referring to FIG. 15,
その後(或いは到達の直前に)、エンジン制御部41は、気筒2cの点火プラグ15を制御して、図16(D)に示すように気筒2cにおいて始動1回目の第1点火IG31を行う(ステップS34)。これにより、当該気筒2cで燃焼が発生し、ピストン5cが基準位置P0から進角側へ押し下げされる。すなわち、エンジン1は一時的に逆回転する(ステップS35)。
Thereafter (or just before reaching), the
この逆回転に伴い、停止時圧縮行程気筒2aのピストン5aは上昇を開始し、当該気筒2b内の空気は徐々に圧縮される。なお、気筒2cのピストン5cは、モータトルクによってBDCを越えて正回転移動されるので、気筒2aは膨張行程に移行している。この状態で、エンジン制御部41は、気筒2aのインジェクタ16を制御して、当該気筒2aに対する燃料噴射動作を実行させる(ステップS36)。そして、ピストン5aが気筒2a内において所定のクランク角に到達すると(ステップS37)、エンジン制御部41は、気筒2aの点火プラグ15を制御して、気筒2aにおいて始動2回目の第2点火を行う(ステップS38)。これにより、気筒2aで燃焼が発生し、ピストン5aは遅角側へ押し下げられる。すなわち、エンジン1は正回転する(ステップS39)。以降、始動3回目以降の点火が行われ、エンジン1は始動する。
With this reverse rotation, the
[変形実施形態]
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、次のような変形実施形態を取り得る。
[Modified Embodiment]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, The following modified embodiment can be taken.
(1)上記実施形態では、モータ制御部42が設定するモータ20のモータ駆動量として、停止時圧縮行程気筒2aのピストン5aの停止位置に応じたモータトルクを設定する例を示した。エンジン始動期間に余裕がある場合等には、モータトルクを一定とし、ピストン5aの停止位置から基準位置P0までの距離に応じて、モータ20の駆動時間(モータ駆動量)を設定するようにしても良い。
(1) In the above embodiment, the motor torque corresponding to the stop position of the
(2)上記実施形態では、本発明に係るエンジンの始動制御装置が、ハイブリッド自動車HEVに適用される例を示した。本発明は、ハイブリッド自動車HEVに限定されず、モータにてガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の内燃機関を駆動可能に構成された各種の車両、動力機器に適用することが可能である。 (2) In the above embodiment, the engine start control device according to the present invention is applied to the hybrid vehicle HEV. The present invention is not limited to the hybrid vehicle HEV, and can be applied to various vehicles and power equipment configured to be able to drive an internal combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine with a motor.
1 エンジン
2、2a、2b、2c 気筒
5、5a、5b、5c ピストン
11 吸気弁
12 排気弁
15 点火プラグ
16 インジェクタ
17 PCM(燃焼制御部の一部)
20 モータ(電気駆動用モータ)
21 インバータ
22 バッテリー
40 VCM
41 エンジン制御部(燃焼制御部の一部)
42 モータ制御部
HEV ハイブリッド自動車
SN3 クランク角センサ(検出部)
P0 基準位置
Ps、P1、P11、P12、P13 ピストン停止位置
1
20 Motor (electric drive motor)
21
41 Engine control part (part of combustion control part)
42 Motor control unit HEV hybrid vehicle SN3 Crank angle sensor (detection unit)
P0 Reference position Ps, P1, P11, P12, P13 Piston stop position
Claims (7)
前記気筒における燃焼動作を制御する燃焼制御部と、
前記モータの動作を制御するモータ制御部と、
前記エンジンの停止時におけるピストン停止位置を検出する検出部と、を備え、
前記モータ制御部は、前記複数の気筒のうち、前記エンジンの停止時に圧縮行程の状態にある停止時圧縮行程気筒のピストンが、前記エンジンの始動時において、圧縮上死点を越えない所定の基準位置まで移動した後に停止するよう、前記エンジンの停止時における前記停止時圧縮行程気筒の前記ピストン停止位置に応じた第1モータ駆動量を設定し、
前記燃焼制御部は、
前記検出部が検出する、前記停止時圧縮行程気筒の前記ピストン停止位置が、前記吸気弁の閉時期よりも下死点側である第1条件のとき、前記モータ制御部が前記第1モータ駆動量で前記モータを動作させた後に、前記停止時圧縮行程気筒を燃焼させて前記エンジンを一時的に逆回転させ、次いで、前記エンジンの停止時に膨張行程の状態にある停止時膨張行程気筒を燃焼させて、前記エンジンを正回転させる手順を含む逆転始動制御を実行し、
前記検出部が検出する、前記停止時圧縮行程気筒の前記ピストン停止位置が、前記吸気弁の閉時期よりも上死点側である第2条件のとき、前記逆転始動制御を実行しない、エンジンの始動制御装置。 A motor capable of driving an engine having a plurality of cylinders and pistons having an intake valve and an exhaust valve to burn fuel;
A combustion control unit for controlling a combustion operation in the cylinder;
A motor control unit for controlling the operation of the motor;
A detection unit for detecting a piston stop position when the engine is stopped,
The motor control unit is configured such that, among the plurality of cylinders, a piston in a compression stroke cylinder at a stop state that is in a compression stroke state when the engine is stopped does not exceed a compression top dead center when the engine is started. A first motor drive amount corresponding to the piston stop position of the stop-time compression stroke cylinder when the engine is stopped so as to stop after moving to a position;
The combustion control unit
When the piston stop position of the stop-time compression stroke cylinder detected by the detection unit is in a first condition that is at a bottom dead center side with respect to the closing timing of the intake valve, the motor control unit drives the first motor. After the motor is operated by the amount, the stop-time compression stroke cylinder is burned to temporarily reverse the engine, and then the stop-time expansion stroke cylinder that is in the expansion stroke state when the engine is stopped is burned. And performing reverse start control including a procedure for causing the engine to rotate forward,
The reverse rotation start control is not executed when the piston stop position of the compression stroke cylinder at the stop time detected by the detection unit is in a second condition that is at the top dead center side with respect to the closing timing of the intake valve. Start control device.
前記燃焼制御部は、前記逆転始動制御を実行しない場合において前記検出部が検出する、前記停止時膨張行程気筒のピストン停止位置が、前記排気弁の開弁時期近傍の所定位置よりも上死点側であるとき、前記停止時膨張行程気筒を燃焼させて、前記エンジンを正回転させる、エンジンの始動制御装置。 The engine start control device according to claim 1,
The combustion control unit detects the piston stop position of the expansion stroke cylinder at the time of stop detected by the detection unit when the reverse rotation start control is not executed, and a top dead center from a predetermined position near the opening timing of the exhaust valve. When the engine is on the side, an engine start control device that combusts the expansion stroke cylinder when stopped and rotates the engine forward.
前記燃焼制御部は、前記逆転始動制御を実行しない場合において前記検出部が検出する、前記停止時膨張行程気筒のピストン停止位置が、前記排気弁の開弁時期近傍の所定位置よりも下死点側であるとき、前記エンジンの始動のための前記停止時圧縮行程気筒及び前記停止時膨張行程気筒の燃焼を実行しない、エンジンの始動制御装置。 The engine start control device according to claim 1,
The combustion control unit detects that the detection unit detects the piston stop position of the stop expansion stroke cylinder when the reverse rotation start control is not performed, and the bottom dead center is lower than a predetermined position near the exhaust valve opening timing. The engine start control device does not execute combustion in the stop-time compression stroke cylinder and the stop-time expansion stroke cylinder for starting the engine.
前記モータ制御部は、前記エンジンの停止時に吸気行程の状態にある停止時吸気行程気筒のピストンが、前記エンジンの始動時において、圧縮上死点を越えない所定の基準位置まで移動した後に停止するよう、前記停止時吸気行程気筒の前記ピストン停止位置に応じた第2モータ駆動量を設定し、
前記燃焼制御部は、前記モータ制御部が前記第2モータ駆動量で前記モータを動作させた後に、前記停止時吸気行程気筒を燃焼させて前記エンジンを一時的に逆回転させる、エンジンの始動制御装置。 The engine start control device according to claim 3,
The motor control unit stops after the piston of the stop-intake stroke cylinder, which is in the intake stroke state when the engine is stopped, moves to a predetermined reference position that does not exceed the compression top dead center at the start of the engine. And setting a second motor drive amount according to the piston stop position of the stop-time intake stroke cylinder,
The combustion control unit is configured to start the engine so that after the motor control unit operates the motor with the second motor driving amount, the engine is temporarily reverse-rotated by burning the intake stroke cylinder when stopped. apparatus.
前記燃焼制御部は、前記一時的な逆回転に続いて、前記停止時圧縮行程気筒であって前記第2モータ駆動量による前記モータの動作によって膨張行程に至っている気筒を燃焼させて、前記エンジンを正回転させる、エンジンの始動制御装置。 The engine start control device according to claim 4,
The combustion control unit burns a cylinder that has reached the expansion stroke by the operation of the motor by the second motor driving amount following the temporary reverse rotation and is the compression stroke cylinder at the time of stop. An engine start control device that rotates the engine forward.
前記モータ制御部が前記モータ駆動量を設定する前記エンジンの始動時は、
操作者が前記エンジンの始動操作を行ったとき、又は、
所定のエンジン停止条件の成立によって前記エンジンが停止した後に、所定のエンジン再始動条件が成立したとき、を含む、エンジンの始動制御装置。 In the engine start control device according to any one of claims 1 to 5,
When starting the engine in which the motor control unit sets the motor drive amount,
When an operator starts the engine, or
An engine start control device, comprising: when a predetermined engine restart condition is satisfied after the engine has been stopped due to a predetermined engine stop condition being satisfied.
前記エンジンは、車両を走行させる駆動源として、電気駆動用モータと共に前記車両に搭載されるものであって、
前記電気駆動用モータが、前記エンジンを駆動可能なモータを兼ねている、エンジンの始動制御装置。 In the engine start control device according to any one of claims 1 to 6,
The engine is mounted on the vehicle together with an electric drive motor as a drive source for running the vehicle,
An engine start control device, wherein the electric drive motor also serves as a motor capable of driving the engine.
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