JP2023094038A - エンジン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの良好な始動性とエンジンの始動時に生じ得るショックの抑制との両立を図る。【解決手段】エンジン装置は、筒内噴射弁を有するエンジンと、エンジンの出力軸にクラッチを介して接続されたモータと、エンジンとモータとクラッチとを制御する制御装置と、を備える。制御装置は、クラッチを半係合してモータによりエンジンをクランキングすると共にエンジンにおいて最初または２番目に圧縮上死点を迎える気筒に対して燃料噴射と点火とを行なってエンジンを始動するようエンジンとモータとクラッチとを制御する際に、最初に圧縮上死点を迎える気筒に対しては、エンジンを停止したときの停止クランク角と、モータによりクランキングする際の目標クランキングトルクと、モータの回転数と、に基づいて点火時期を設定する。【選択図】図３

Description

本発明は、エンジン装置に関し、詳しくは、筒内噴射弁を有するエンジンとエンジンの出力軸にクラッチを介して接続されたモータとを備えるエンジン装置に関する。

従来、この種のエンジン装置として、エンジンと、エンジンの出力軸にクラッチを介して接続されたモータと、モータの回転軸と車軸とに接続された自動変速装置とを備えるハイブリッド車が搭載するもの提案されている（例えば、特許文献１参照）。このハイブリッド車では、クラッチを解放した状態でモータによって車両を走行させているとき、クラッチを係合に向けて制御しながらエンジンを始動する。

特開２０２０－１１１２７６号公報

しかしながら、上述のハイブリッド車が搭載するエンジン装置では、エンジンの始動の際にエンジンの回転数が吹き上がり、トルクショックを発生する場合が生じる。エンジンはモータの回転数を目標回転数としてトルク出力するように始動するのが好ましいが、迅速かつ確実な始動性とトルクショックの抑制との両立が好ましいが、始動性を優先すると大きなショックが生じてしまい、ショックの抑制を優先すると始動性が低下してしまう。

本発明のエンジン装置は、エンジンの良好な始動性とエンジンの始動時に生じ得るショックの抑制との両立を図ることを主目的とする。

本発明のエンジン装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のエンジン装置は、
筒内噴射弁を有するエンジンと、前記エンジンの出力軸にクラッチを介して接続されたモータと、前記エンジンと前記モータと前記クラッチとを制御する制御装置と、を備えるエンジン装置であって、
前記制御装置は、前記クラッチを半係合して前記モータにより前記エンジンをクランキングすると共に前記エンジンにおいて最初または２番目に圧縮上死点を迎える気筒に対して燃料噴射と点火とを行なって前記エンジンを始動するよう前記エンジンと前記モータと前記クラッチとを制御する際に、前記最初に圧縮上死点を迎える気筒に対しては、前記エンジンを停止したときの停止クランク角と、前記モータによりクランキングする際の目標クランキングトルクと、前記モータの回転数と、に基づいて点火時期を設定する、
ことを特徴とする。

この本発明のエンジン装置では、筒内噴射弁を有するエンジンと、エンジンの出力軸にクラッチを介して接続されたモータと、エンジンとモータとクラッチとを制御する制御装置と、を備える。制御装置は、クラッチを半係合してモータによりエンジンをクランキングすると共にエンジンにおいて最初または２番目に圧縮上死点を迎える気筒に対して燃料噴射と点火とを行なってエンジンを始動するようエンジンとモータとクラッチとを制御する。最初に圧縮上死点を迎える気筒で燃料噴射と点火とを行なうか否かについては、停止クランク角が予め定めた所定クランク角範囲であるか否かなどに基づいて決定される。最初に圧縮上死点を迎える気筒の停止クランク角位置は、４気筒エンジンであれば圧縮上死点（ＴＤＣ：Top Dead Center）の前の１８０度以内となり、６気筒エンジンであれば圧縮上死点の前の１２０度以内となる。したがって、最初に圧縮上死点を迎える気筒で燃料噴射と点火（初爆）を行なうためには、停止クランク角から圧縮上死点に至るまでの圧縮行程で燃料噴射を行ない、圧縮上死点近傍で点火を行なう。このため、最初に圧縮上死点を迎える気筒での初爆を良好に行なうためには、燃料噴射と点火とを良好に行なう必要から、停止クランク角が所定クランク角範囲であることが求められる。そして、こうしたエンジン始動の際に、最初に圧縮上死点を迎える気筒に対しては、エンジンを停止したときの停止クランク角と、モータによりクランキングする際の目標クランキングトルクと、モータの回転数と、に基づいて点火時期を設定する。このように最初に圧縮上死点を迎える気筒で燃料噴射と点火（初爆）を行なうことにより、エンジンの迅速な始動を行なうことができ、点火時期を停止クランク角と目標クランキングトルクとモータの回転数とに基づいて設定することにより、ショックの抑制を図ることができる。

なお、停止クランク角に基づいて点火時期を設定するのは、停止クランク角が圧縮上死点より遠い（ＢＴＤＣとして大きい）ほど、その気筒内の空気量が多くなり、初爆の際のショックが大きくなるため、ショックを低減するために点火時期を遅角するのが好ましいことに基づいている。目標クランキングトルクに基づいて点火時期を設定するのは、目標クランキングトルクは最初に圧縮上死点を迎える気筒内の空気量が多いほど大きくなるように設定され、気筒内の空気量が多いほどショックが大きくなり、ショックを低減するために点火時期を遅角するのが好ましいことに基づいている。モータの回転数に基づいて点火時期を設定するのは、モータの回転数が大きいほどエンジンの始動直後の回転数をモータの回転数に略一致させるのに時間を要必要とするため、初爆でもエンジンのトルクを大きくしてエンジンの回転数の上昇を図るのが好ましいことに基づいている。

本発明のエンジン装置において、前記制御装置は、前記最初に圧縮上死点を迎える気筒の点火時期については、前記停止クランク角が前記第１対象気筒の圧縮上死点から離れるほど遅角側になるように、前記目標クランキングトルクが大きいほど遅角側になるように、前記モータの回転数が大きいほど進角側になるように、予め定めたマップを用いて設定するものとしてもよい。こうすれば、ショックを低減する適正な点火時期を迅速に設定することができる。

本発明のエンジン装置において、前記制御装置は、前記２番目以降に圧縮上死点を迎える気筒に対しては、前記目標クランキングトルクと前記モータの回転数と前記エンジンの回転数とに基づいて点火時期を設定するものとしてもよい。この場合、前記制御装置は、前記２番目以降に圧縮上死点を迎える気筒の点火時期については、前記目標クランキングトルクが大きいほど遅角側になるように、前記モータの回転数が大きいほど進角側になるように予め定めたマップを用いて設定するものとしてよい。なお、マップは、エンジンの回転数に応じた時期で遅角側をガードするように定められているものとしてもよい。これらの結果、エンジンの回転数を迅速にモータの回転数に近づけることができる。なお、目標クランキングトルクに基づいて点火時期を設定するのは、目標クランキングトルクが大きいとエンジンの回転数の上昇が早く吹け上がりやすくなることに基づいている。モータの回転数に基づいて点火時期を設定するのは、エンジン２２の回転数を迅速にモータの回転数に略一致するようにする必要性に基づいている。エンジンの回転数に基づいて点火時期を設定するのは、点火時期はエンジンの回転数と相関があることに基づいている。

本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 エンジン２２の構成の概略を示す構成図である。 ＨＶＥＣＵ７０やエンジンＥＣＵ２４などにより実行される始動時点火時期設定処理の一例を示すフローチャートである。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としてのエンジン装置を搭載するハイブリッド車２０の構成の概略を示す構成図である。図２は、ハイブリッド車２０が搭載するエンジン２２の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド車２０は、図１に示すように、エンジン２２と、モータ３０と、インバータ３２と、クラッチＫ０と、自動変速装置４０と、高電圧バッテリ６０と、低電圧バッテリ６２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ６４と、ハイブリッド用電子制御ユニット（以下、「ＨＶＥＣＵ」という）７０と、を備える。

エンジン２２は、例えばガソリンや軽油などの燃料を用いて吸気、圧縮、膨張（爆発燃焼）、排気の４行程により動力を出力する６気筒の内燃機関として構成されている。図２に示すように、エンジン２２は、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁１２６と、筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁１２７とを有する。エンジン２２は、ポート噴射弁１２６と筒内噴射弁１２７とを有することにより、ポート噴射モードと筒内噴射モードと共用噴射モードとのうちの何れかで運転可能となっている。ポート噴射モードでは、エアクリーナ１２２により清浄された空気を吸気管１２３に吸入してスロットルバルブ１２４やサージタンク１２５を通過させると共に、吸気管１２３のサージタンク１２５よりも下流側のポート噴射弁１２６から燃料を噴射し、空気と燃料とを混合する。そして、この混合気を吸気バルブ１２８を介して燃焼室１２９に吸入し、点火プラグ１３０による電気火花によって爆発燃焼させて、シリンダボア内でそのエネルギにより押し下げられるピストン１３２の往復運動をクランクシャフト２３の回転運動に変換する。筒内噴射モードでは、ポート噴射モードと同様に空気を燃焼室１２９に吸入し、吸気行程や圧縮行程において筒内噴射弁１２７から燃料を噴射し、点火プラグ１３０による電気火花により爆発燃焼させてクランクシャフト２３の回転運動を得る。共用噴射モードでは、空気を燃焼室１２９に吸入する際にポート噴射弁１２６から燃料を噴射すると共に吸気行程や圧縮行程において筒内噴射弁１２７から燃料を噴射し、点火プラグ１３０による電気火花により爆発燃焼させてクランクシャフト２３の回転運動を得る。これらの噴射モードは、エンジン２２の運転状態に基づいて切り替えられる。燃焼室１２９から排気バルブ１３３を介して排気管１３４に排出される排気は、浄化装置１３５およびＰＭフィルタ１３６を介して外気に排出される。浄化装置１３５は、排気中の一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する浄化触媒（三元触媒）１３５ａを有する。ＰＭフィルタ１３６は、セラミックスやステンレスなどにより多孔質フィルタとして形成されており、排気中の煤などの粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集する。なお、ＰＭフィルタ１３６に代えて、三元触媒の浄化機能と粒子状物質に対する捕集機能とを組み合わせた四元触媒が用いられるものとしてもよい。

エンジン２２は、エンジンＥＣＵ２４により運転制御されている。エンジンＥＣＵ２４は、図示しないが、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートを有するマイクロコンピュータを備える。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２を運転制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。エンジンＥＣＵ２４に入力される信号としては、例えば、エンジン２２のクランクシャフト２３の回転位置を検出するクランクポジションセンサ１４０からのクランク角θｃｒや、エンジン２２の冷却水の温度を検出する水温センサ１４２からの冷却水温Ｔｗを挙げることができる。吸気バルブ１２８を開閉するインテークカムシャフトの回転位置や排気バルブ１３３を開閉するエキゾーストカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサ１４４からのカム角θｃｉ，θｃｏも挙げることができる。スロットルバルブ１２４のポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサ１２４ａからのスロットル開度ＴＨや、吸気管１２３のスロットルバルブ１２４よりも上流側に取り付けられたエアフローメータ１２３ａからの吸入空気量Ｑａ、吸気管１２３のスロットルバルブ１２４よりも上流側に取り付けられた温度センサ１２３ｔからの吸気温Ｔａ、サージタンク１２５に取り付けられた圧力センサ１２５ａからのサージ圧Ｐｓも挙げることができる。排気管１３４の浄化装置１３５よりも上流側に取り付けられたフロント空燃比センサ１３７からのフロント空燃比ＡＦ１や、排気管１３４の浄化装置１３５とＰＭフィルタ１３６との間に取り付けられたリヤ空燃比センサ１３８からのリヤ空燃比ＡＦ２、ＰＭフィルタ１３６の前後の差圧（上流側と下流側との差圧）を検出する差圧センサ１３６ａからの差圧ΔＰも挙げることができる。

エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を運転制御するための各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。エンジンＥＣＵ２４から出力される信号としては、例えば、スロットルバルブ１２４への制御信号や、ポート噴射弁１２６への制御信号、筒内噴射弁１２７への制御信号、点火プラグ１３０への制御信号を挙げることができる。

エンジンＥＣＵ２４は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。エンジンＥＣＵ２４は、クランクポジションセンサ１４０からのエンジン２２のクランク角θｃｒに基づいてエンジン２２の回転数Ｎｅを演算している。また、エンジンＥＣＵ２４は、エアフローメータ１２３ａからの吸入空気量Ｑａとエンジン２２の回転数Ｎｅとに基づいて負荷率（エンジン２２の１サイクルあたりの行程容積に対する１サイクルで実際に吸入される空気の容積の比）ＫＬを演算している。さらに、エンジンＥＣＵ２４は、差圧センサ１３６ａからの差圧ΔＰに基づいてＰＭフィルタ１３６に堆積した粒子状物質の堆積量としてのＰＭ堆積量Ｑｐｍを演算したり、エンジン２２の回転数Ｎｅや負荷率ＫＬに基づいてＰＭフィルタ１３６の温度としてのフィルタ温度Ｔｆを演算したりしている。

図１に示すように、エンジン２２のクランクシャフト２３には、エンジン２２をクランキングするためのスタータモータ２５や、エンジン２２からの動力を用いて発電するオルタネータ２６が接続されている。スタータモータ２５およびオルタネータ２６は、低電圧バッテリ６２と共に低電圧側電力ライン６３に接続されており、ＨＶＥＣＵ７０により制御される。

モータ３０は、同期発電電動機として構成されており、回転子コアに永久磁石が埋め込まれた回転子と、固定子コアに三相コイルが巻回された固定子とを有する。このモータ３０の回転子が固定された回転軸３１は、クラッチＫ０を介してエンジン２２のクランクシャフト２３に接続されていると共に自動変速機４５の入力軸４１に接続されている。インバータ３２は、モータ３０の駆動に用いられると共に高電圧側電力ライン６１に接続されている。モータ３０は、モータ用電子制御ユニット（以下、「モータＥＣＵ」という）３４によってインバータ３２の複数のスイッチング素子がスイッチング制御されることにより、回転駆動される。

モータＥＣＵ３４は、図示しないが、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートを有するマイクロコンピュータを備える。モータＥＣＵ３４には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。モータＥＣＵ３４に入力される信号としては、例えば、モータ３０の回転子（回転軸３１）の回転位置を検出する回転位置センサ３０ａからの回転位置θｍや、モータ３０の各相の相電流を検出する電流センサからの相電流Ｉｕ，Ｉｖを挙げることができる。モータＥＣＵ３４からは、インバータ３２への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。モータＥＣＵ３４は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。モータＥＣＵ３４は、回転位置センサ３０ａからのモータ３０の回転子（回転軸３１）の回転位置θｍに基づいてモータ３０の回転数Ｎｍを演算している。

クラッチＫ０は、例えば油圧駆動の摩擦クラッチとして構成されており、ＨＶＥＣＵ７０によって制御され、エンジン２２のクランクシャフト２３とモータ３０の回転軸３１との接続および接続の解除を行なう。

自動変速装置４０は、トルクコンバータ４３と、例えば６段変速の自動変速機４５とを有する。トルクコンバータ４３は、一般的な流体伝動装置として構成されており、モータ３０の回転軸３１に接続された入力軸４１の動力を自動変速機４５の入力軸である変速機入力軸４４にトルクを増幅して伝達したり、トルクを増幅することなくそのまま伝達したりする。自動変速機４５は、変速機入力軸４４と、駆動輪４９にデファレンシャルギヤ４８を介して連結された出力軸４２と、複数の遊星歯車と、油圧駆動の複数の摩擦係合要素（クラッチ，ブレーキ）とを有する。複数の摩擦係合要素は、何れも、ピストン、複数の摩擦係合プレート（摩擦プレートおよびセパレータプレート）、作動油が供給される油室などにより構成される油圧サーボを有する。自動変速機４５は、複数の摩擦係合要素の係脱により、第１速から第６速までの前進段や後進段を形成して、変速機入力軸４４と出力軸４２との間で動力を伝達する。クラッチＫ０や自動変速機４５には、図示しない油圧制御装置により、機械式オイルポンプや電動オイルポンプからの作動油の油圧が調圧されて供給される。油圧制御装置は、複数の油路が形成されたバルブボディや、複数のレギュレータバルブ、複数のリニアソレノイドバルブなどを有する。この油圧制御装置は、ＨＶＥＣＵ７０により制御される。

高電圧バッテリ６０は、例えば定格電圧が数百Ｖ程度のリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、インバータ３２と共に高電圧側電力ライン６１に接続されている。低電圧バッテリ６２は、例えば定格電圧が１２Ｖや１４Ｖ程度の鉛蓄電池として構成されており、スタータモータ２５やオルタネータ２６と共に低電圧側電力ライン６３に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ６４は、高電圧側電力ライン６１と低電圧側電力ライン６３とに接続されている。このＤＣ／ＤＣコンバータ６４は、高電圧側電力ライン６１の電力を低電圧側電力ライン６３に電圧の降圧を伴って供給する。

ＨＶＥＣＵ７０は、図示しないが、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートを有するマイクロコンピュータを備える。ＨＶＥＣＵ７０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。ＨＶＥＣＵ７０に入力される信号としては、例えば、自動変速装置４０の入力軸４１に取り付けられた回転数センサ４１ａからの回転数Ｎｉｎや、自動変速装置４０の変速機入力軸４４に取り付けられた回転数センサ４４ａからの回転数Ｎｍｉ、自動変速装置４０の出力軸４２に取り付けられた回転数センサ４２ａからの回転数Ｎｏｕｔを挙げることができる。高電圧バッテリ６０の端子間に取り付けられた電圧センサからの高電圧バッテリ６０の電圧Ｖｂｈや、高電圧バッテリ６０の出力端子に取り付けられた電流センサからの高電圧バッテリ６０の電流Ｉｂｈ、低電圧バッテリ６２の端子間に取り付けられた電圧センサからの電圧Ｖｂｌも挙げることができる。イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号や、シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ、アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ、ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ、車速センサ８７からの車速Ｖも挙げることができる。

ＨＶＥＣＵ７０からは、各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。ＨＶＥＣＵ７０から出力される信号としては、例えば、スタータモータ２５への制御信号や、オルタネータ２６への制御信号を挙げることができる。クラッチＫ０や自動変速装置４０（油圧制御装置）への制御信号、ＤＣ／ＤＣコンバータ６４への制御信号も挙げることができる。ＨＶＥＣＵ７０は、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ３４と通信ポートを介して接続されている。ＨＶＥＣＵ７０は、回転数センサ４１ａからの自動変速装置４０の入力軸４１の回転数Ｎｉｎを回転数センサ４２ａからの自動変速装置４０の出力軸４２の回転数Ｎｏｕｔで除して自動変速装置４０の回転数比Ｇｔを演算している。

こうして構成された実施例のハイブリッド車２０では、ＨＶＥＣＵ７０とエンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ３４との協調制御により、ハイブリッド走行モード（ＨＶ走行モード）や電動走行モード（ＥＶ走行モード）で走行するように、エンジン２２とクラッチＫ０とモータ３０と自動変速装置４０とを制御する。ここで、ＨＶ走行モードは、クラッチＫ０を係合状態としてエンジン２２の動力を用いて走行するモードであり、ＥＶ走行モードは、クラッチＫ０を解放状態としてエンジン２２の動力を用いずに走行するモードである。

ＨＶ走行モードやＥＶ走行モードにおける自動変速装置４０の制御では、ＨＶＥＣＵ７０は、最初に、アクセル開度Ａｃｃおよび車速Ｖに基づいて自動変速機４５の目標変速段Ｍ＊を設定する。そして、自動変速機４５の変速段Ｍと目標変速段Ｍ＊とが一致するときには、変速段Ｍが保持されるように自動変速機４５を制御する。一方、変速段Ｍと目標変速段Ｍ＊とが異なるときには、変速段Ｍが目標変速段Ｍ＊に一致するように自動変速機４５を制御する。

ＨＶ走行モードにおけるエンジン２２およびモータ３０の制御では、ＨＶＥＣＵ７０は、最初に、アクセル開度Ａｃｃおよび車速Ｖに基づいて走行に要求される（自動変速装置４０の出力軸４２に要求される）要求トルクＴｏｕｔ＊を設定する。続いて、出力軸４２の要求トルクＴｏｕｔ＊を自動変速装置４０の回転数比Ｇｔで除した値を入力軸４１の要求トルクＴｉｎ＊に設定する。こうして入力軸４１の要求トルクＴｉｎ＊を設定すると、要求トルクＴｉｎ＊が入力軸４１に出力されるようにエンジン２２の目標トルクＴｅ＊やモータ３０のトルク指令Ｔｍ＊を設定し、エンジン２２の目標トルクＴｅ＊をエンジンＥＣＵ２４に送信すると共にモータ３０のトルク指令Ｔｍ＊をモータＥＣＵ３４に送信する。エンジンＥＣＵ２４は、目標トルクＴｅ＊を受信すると、エンジン２２が目標トルクＴｅ＊で運転されるようにエンジン２２の運転制御（吸入空気量制御や燃料噴射制御、点火制御など）を行なう。モータＥＣＵ３４は、トルク指令Ｔｍ＊を受信すると、モータ３０がトルク指令Ｔｍ＊で駆動されるようにインバータ３２の複数のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

ＥＶ走行モードにおけるモータ３０の制御では、ＨＶＥＣＵ７０は、ＨＶ走行モードと同様に入力軸４１の要求トルクＴｉｎ＊を設定し、要求トルクＴｉｎ＊が入力軸４１に出力されるようにモータ３０のトルク指令Ｔｍ＊を設定してモータＥＣＵ３４に送信する。モータＥＣＵ３４は、トルク指令Ｔｍ＊を受信すると、モータ３０がトルク指令Ｔｍ＊で駆動されるようにインバータ３２の複数のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

なお、実施例では、エンジン装置としては、エンジン２２と、クラッチＫ０と、モータ３０と、ＨＶＥＣＵ７０と、エンジンＥＣＵ２４と、モータＥＣＵ３４とが相当する。

次に、こうして構成された実施例のハイブリッド車２０の動作、特に、エンジン２２を間欠運転している際のエンジン２２の始動について説明する。エンジン２２を間欠運転している際のエンジン２２の始動は、実施例では、基本的には、クラッチＫ０を半係合（スリップ係合）させてモータ３０からの目標クランキングトルクＴｃｒ＊を出力してエンジン２２をクランキングし、最初に圧縮上死点（ＴＤＣ：Top Dead Center）を迎える気筒または２番目に圧縮上死点を迎える気筒で最初の燃料噴射と点火（初爆）を行なう。最初に圧縮上死点を迎える気筒で最初の燃料噴射と点火を行なうか２番目に圧縮上死点を迎える気筒で最初の燃料噴射と点火を行なうかの選択は、基本的には、エンジン２２を停止したときのクランク角（停止クランク角）θｓｔｏｐが最初に圧縮上死点を迎える気筒で初爆を行なうことができる所定クランク角範囲（例えば、ＢＴＤＣ４０～８０（Before TDC ４０～８０度）など）にあるか否かにより行なわれる。即ち、停止クランク角θｓｔｏｐが所定クランク角範囲にあるときには最初に圧縮上死点を迎える気筒で最初の燃料噴射と点火を行ない、停止クランク角θｓｔｏｐが所定クランク角範囲にないときには２番目に圧縮上死点を迎える気筒で最初の燃料噴射と点火を行なうのである。

また、実施例では、最初に圧縮上死点を迎える気筒で始動することができるようにするために、エンジン２２の停止直前にスロットルバルブ１２４を一時的に開成すると共に所定クランク角範囲で停止するようにしている。エンジン２２の停止直前にスロットルバルブ１２４を一時的に開成するのは、圧縮行程で停止する気筒内の空気量を多くするためである。なお、最初に圧縮上死点を迎える気筒や２番目に圧縮上死点を迎える気筒での燃料噴射は、停止クランク角θｓｔｏｐとエンジン２２を停止してからの経過時間とに基づいて設定される燃料噴射量を圧縮上死点に至るまでに噴射することにより行なわれる。燃料噴射量がエンジン２２を停止してからの経過時間に基づくのは、圧縮行程で停止している気筒内の圧力が時間の経過につれて低下し、気筒内の空気量が少なくなることに基づいている。エンジン２２の始動時におけるスロットル開度ＴＨは、基本的には予め定めた開度（例えば５％など）が用いられる。点火については、図３に例示する始動時点火時期設定処理により点火時期を設定して行なわれる。この始動時点火時期設定処理では、クラッチＫ０の制御についてはＨＶＥＣＵ７０により実行され、点火時期Ｔｉの設定についてはエンジンＥＣＵ２４により実行される。

始動時点火時期設定処理が実行されると、まず、クラッチＫ０を半係合（スリップ係合）させてモータ３０からの目標クランキングトルクＴｃｒ＊を出力してエンジン２２のクランキングを開始する（ステップＳ１００）。この処理は、ＨＶＥＣＵ７０からクラッチＫ０が半係合（スリップ係合）となるように制御信号を図示しない油圧制御装置に送信すると共に、入力軸４１に要求される要求トルクＴｉｎ＊と目標クランキングトルクＴｃｒ＊との和のトルクをモータ３０のトルク指令Ｔｍ＊としてモータＥＣＵ３４に送信することにより行なわれる。なお、制御信号を受信した油圧制御装置は、クラッチＫ０がスリップしながら目標クランキングトルクＴｃｒ＊を伝達することができるように予め定めた油圧に調整する。トルク指令Ｔｍ＊を受信したモータＥＣＵ３４は、モータ３０からトルク指令Ｔｍ＊が出力されるようにインバータ３２の図示しないスイッチング素子をスイッチング制御する。目標クランキングトルクＴｃｒ＊は、実施例では、圧縮行程で停止している気筒を圧縮上死点を超えさせるのに十分なトルクが用いられ、停止クランク角θｓｔｏｐとエンジン２２を停止してからの経過時間とに基づいて設定される。停止クランク角θｓｔｏｐに基づくのは、圧縮行程で停止している気筒内の圧力を考慮するためであり、エンジン２２を停止してからの経過時間に基づくのは、圧縮行程で停止している気筒内の圧力が時間の経過につれて低下することを考慮するためである。

続いて、最初に圧縮上死点を迎える気筒であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。最初に圧縮上死点を迎える気筒であると判定したときには、停止クランク角θｓｔｏｐと目標クランキングトルクＴｃｒ＊とモータ３０の回転数Ｎｍｇとに基づいて点火時期Ｔｉを設定する（ステップＳ１２０）。最初に燃料噴射と点火とを行なう気筒では、停止クランク角θｓｔｏｐがその圧縮上死点より遠い（ＢＴＤＣとして大きい）ほど、その気筒内の空気量が多くなる。気筒内の空気量が多いと初爆の際のショックが大きくなるため、ショックを低減するために点火時期を遅角するのが好ましい。したがって、実施例では、点火時期Ｔｉを、点火が可能な遅角限界の範囲内で停止クランク角θｓｔｏｐが圧縮上死点より遠い（ＢＴＤＣとして大きい）ほど遅角するように設定する。目標クランキングトルクＴｃｒ＊は、上述したように、最初に圧縮上死点を迎える気筒内の空気量が多いほど大きくなるように設定される。したがって、実施例では、点火時期Ｔｉを、点火が可能な遅角限界の範囲内で目標クランキングトルクＴｃｒ＊が大きいほど遅角するように設定する。迅速にエンジン２２を始動してクラッチＫ０を介してエンジン２２からの動力を用いて走行するためには、エンジン２２の回転数Ｎｅを迅速にモータ３０の回転数Ｎｍｇに略一致するように制御し、クラッチＫ０を係合する必要がある。モータ３０の回転数Ｎｍｇが大きいとエンジン２２の始動直後の回転数Ｎｅをモータ３０の回転数Ｎｍｇに略一致させるのに時間を要するから、初爆でもエンジン２２のトルクを大きくしてエンジン２２の回転数Ｎｅの上昇を図るのが好ましい。したがって、実施例では、点火時期Ｔｉを、モータ３０の回転数Ｎｍｇが大きいほど進角するように設定する。これらのことから、点火時期Ｔｉは、実施例では、停止クランク角θｓｔｏｐと目標クランキングトルクＴｃｒ＊とモータ３０の回転数Ｎｍｇと点火時期Ｔｉとの関係を実験や解析、機械学習などにより予め定めて第１点火時期設定用マップとして記憶しておき、停止クランク角θｓｔｏｐと目標クランキングトルクＴｃｒ＊とモータ３０の回転数Ｎｍｇとが与えられると第１点火時期設定用マップから対応する点火時期Ｔｉを導出することにより設定するものとした。

ステップＳ１１０で最初に圧縮上死点を迎える気筒ではない（２番目以降に圧縮上死点を迎える気筒である）と判定したときには、目標クランキングトルクＴｃｒ＊とモータ３０の回転数Ｎｍｇとエンジン２２の回転数Ｎｅとに基づいて点火時期Ｔｉを設定する（ステップＳ１３０）。目標クランキングトルクＴｃｒ＊が大きいとエンジン２２の回転数Ｎｅの上昇が早く吹け上がりやすくなる。このため、実施例では、点火時期Ｔｉを、点火が可能な遅角限界の範囲内で目標クランキングトルクＴｃｒ＊が大きいほど遅角するように設定する。エンジン２２の回転数Ｎｅを迅速にモータ３０の回転数Ｎｍｇに略一致するように制御する必要から、実施例では、点火時期Ｔｉをモータ３０の回転数Ｎｍｇが大きいほど進角するように設定する。点火時期Ｔｉは、エンジン２２の回転数Ｎｅと相関があるため、実施例では、点火時期Ｔｉをエンジン２２の回転数Ｎｅに応じて設定する。これらのことから、点火時期Ｔｉは、実施例では、目標クランキングトルクＴｃｒ＊とモータ３０の回転数Ｎｍｇとエンジン２２の回転数Ｎｅと点火時期Ｔｉとの関係を実験や解析、機械学習などにより予め定めて第２点火時期設定用マップとして記憶しておき、目標クランキングトルクＴｃｒ＊とモータ３０の回転数Ｎｍｇとエンジン２２の回転数Ｎｅとが与えられると第２点火時期設定用マップから対応する点火時期Ｔｉを導出することにより設定するものとした。

こうして点火時期Ｔｉを設定すると、クラッチＫ０を解放する条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ１４０）。クラッチＫ０を解放する条件としては、圧縮上死点を通過した回数が所定回数（例えば２回や３回）以上である条件、エンジン２２の回転数Ｎｅが上昇している条件、エンジン２２の回転数Ｎｅがモータ３０の回転数Ｎｍｇに基づく閾値以上である条件などを挙げることができる。実施例では、上記３つの条件の全てが成立したときにクラッチＫ０を解放する条件が成立していると判定するものとした。クラッチＫ０を解放する条件は成立していないと判定したときには、次に圧縮上死点を迎える気筒での点火が１点火目（最初の点火）であるか否かを判定するステップＳ１１０の処理に戻る。したがって、クラッチＫ０を解放する条件が成立するまでステップＳ１１０～Ｓ１４０の処理を繰り返すことになる。

ステップＳ１４０でクラッチＫ０を解放する条件が成立していると判定したときには、油圧制御装置によりクラッチＫ０がスリップ係合しない程度の油圧で待機するように制御することによりクラッチＫ０を解放する（ステップＳ１５０）。このように定圧待機としておくのは、次のクラッチＫ０の係合を迅速に行なうためである。

クラッチＫ０を解放すると、クラッチＫ０を係合する条件が成立するまでエンジン２２の回転数Ｎｅがモータ３０の回転数Ｎｍｇに略一致するように点火時期Ｔｉを設定する処理を繰り返す（ステップＳ１６０～Ｓ２００）。クラッチＫ０を係合する条件は、例えば、エンジン２２の回転数Ｎｅとモータ３０の回転数Ｎｍｇとの差回転数ΔＮが閾値（例えば５０ｒｐｍや１００ｒｐｍ、１５０ｒｐｍなど）未満であり、且つ、点火回数が所定回数（例えば、５回や６回、８回など）以上である条件を用いることができる。なお、この繰り返し処理の最中における吸入空気量や燃料噴射量については、基本的には、エンジン２２がモータ３０の回転数Ｎｍｇに近づくように設定される。

クラッチＫ０を係合する条件が成立するまでの繰り返し処理は、まず、モータ３０の回転数Ｎｍｇとエンジン２２の回転数Ｎｅと吸気バルブ１２８を閉じるタイミングのインテークマニホールドの圧力（インマニ圧）Ｐｉｎとに基づいて点火時期Ｔｉを設定する処理を行なう（ステップＳ１６０）。インマニ圧Ｐｉｎとしては、実施例では、圧力センサ１２５ａからのサージ圧Ｐｓを用いた。上述したように、エンジン２２の回転数Ｎｅを迅速にモータ３０の回転数Ｎｍｇに略一致するために、点火時期Ｔｉを、モータ３０の回転数Ｎｍｇが大きいほど進角するように設定する。また、点火時期Ｔｉはエンジン２２の回転数Ｎｅと相関があるため、点火時期Ｔｉをエンジン２２の回転数Ｎｅに応じて設定する。気筒内の空気量は吸気バルブ１２８を閉じるタイミングのインマニ圧Ｐｉｎが高いほど多くなり、気筒内の空気量が多いほどエンジン２２からの出力トルクが大きくなるから、実施例では、点火時期Ｔｉを、吸気バルブ１２８を閉じるタイミングのインマニ圧Ｐｉｎが高いほど遅角するように設定する。これらのことから、点火時期Ｔｉは、実施例では、モータ３０の回転数Ｎｍｇとエンジン２２の回転数Ｎｅとインマニ圧Ｐｉｎと点火時期Ｔｉとの関係を実験や解析、機械学習などにより予め定めて第３点火時期設定用マップとして記憶しておき、モータ３０の回転数Ｎｍｇとエンジン２２の回転数Ｎｅとインマニ圧Ｐｉｎが与えられると第３点火時期設定用マップから対応する点火時期Ｔｉを導出することにより設定するものとした。

続いて、点火回数が所定回数（例えば５回や６回など）以上であるか否かを判定すると共に（ステップＳ１７０）、モータ３０の回転数Ｎｍｇとエンジン２２の回転数Ｎｅとの差回転の絶対値が閾値Ｎｒｅｆ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１８０）。点火回数が所定回数以上であると判定されると共にモータ３０の回転数Ｎｍｇとエンジン２２の回転数Ｎｅとの差回転数の絶対値が閾値Ｎｒｅｆ以上であると判定されたときには、エンジン２２の回転数Ｎｅがモータ３０の回転数Ｎｍｇに近づく方向に点火時期Ｔｉを補正する。具体的には、モータ３０の回転数Ｎｍｇからエンジン２２の回転数Ｎｅを減じたものに比例定数ｋを乗じて得られる角度だけ、Ｎｍｇ＞Ｎｅのときには点火時期Ｔｉを進角補正し、Ｎｍｇ＜Ｎｅのときには点火時期Ｔｉを遅角補正するのである。一方、点火回数が所定回数未満であると判定されたときや、点火回数が所定回数以上であってもモータ３０の回転数Ｎｍｇとエンジン２２の回転数Ｎｅとの差回転数の絶対値が閾値Ｎｒｅｆ未満であると判定されたときには、上記の点火時期Ｔｉの補正を行なわない。

ステップＳ２００でクラッチＫ０を係合する条件が成立していると判定したときには、クラッチＫ０を係合し（ステップＳ２１０）、本処理を終了する。

以上説明した実施例のハイブリッド車２０が搭載するエンジン装置では、クラッチＫ０を半係合（スリップ係合）させてモータ３０からの目標クランキングトルクＴｃｒ＊を出力してエンジン２２のクランキングを開始してエンジン２２を始動する際に、最初に圧縮上死点を迎える気筒で燃料噴射と点火（初爆）を行なうときには、停止クランク角θｓｔｏｐが圧縮上死点より遠い（ＢＴＤＣとして大きい）ほど遅角するように、目標クランキングトルクＴｃｒ＊が大きいほど遅角するように、モータ３０の回転数Ｎｍｇが大きいほど進角するように、点火時期Ｔｉを設定する。これにより、エンジン２２を迅速に始動することができると共に、初爆のショックを抑制することができる。この結果、エンジン２２の良好な始動性とエンジン２２の始動時に生じ得るショックの抑制との両立を図ることができる。

また、実施例のハイブリッド車２０が搭載するエンジン装置では、エンジン２２を始動する際に、２番目以降に圧縮上死点を迎える気筒で燃料噴射と点火を行なうときには、目標クランキングトルクＴｃｒ＊が大きいほど遅角するように、モータ３０の回転数Ｎｍｇが大きいほど進角するように、エンジン２２の回転数Ｎｅに応じて点火時期を設定する。これにより、エンジン２２の回転数Ｎｅを迅速にモータの回転数Ｎｍｇに近づけることができる。

実施例のハイブリッド車２０が搭載するエンジン装置では、エンジン２２を始動する際に、２番目以降に圧縮上死点を迎える気筒で燃料噴射と点火を行なうときには、目標クランキングトルクＴｃｒ＊とモータ３０の回転数Ｎｍｇとエンジン２２の回転数Ｎｅと点火時期Ｔｉとの関係を予め定めた第２点火時期設定用マップを用いて点火時期Ｔｉを設定するものとした。しかし、目標クランキングトルクＴｃｒ＊とモータ３０の回転数Ｎｍｇと点火時期Ｔｉとの関係に対してエンジン２２の回転数Ｎｅに応じた時期で遅角側をガードするように定めたマップを用いて点火時期Ｔｉを設定するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド車２０では、６段変速の自動変速機４５を備えるものとした。しかし、４段変速や５段変速、８段変速などの自動変速機を備えるものとしてもよい。

実施例のハイブリッド車２０では、エンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ３４とＨＶＥＣＵ７０とを備えるものとした。しかし、これらのうちの少なくとも２つを一体に構成するものとしてもよい。

実施例のエンジン装置では、ハイブリッド車２０に搭載されるものとしたが、車両以外の移動体に搭載されるものとしたり、設備に組み込まれるものとしてよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン２２が「エンジン」に相当し、クラッチＫ０が「クラッチ」に相当し、モータ３０が「モータ」に相当し、ＨＶＥＣＵ７０とエンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ３４とが「制御装置」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、エンジン装置の製造産業などに利用可能である。

２０ ハイブリッド車、２２ エンジン、２３ クランクシャフト、２４ エンジンＥＣＵ、２５ スタータモータ、２６ オルタネータ、３０ モータ、３０ａ 回転位置センサ、３１ 回転軸、３２ インバータ、３４ モータＥＣＵ、４０ 自動変速装置、４１ 入力軸、４１ａ 回転数センサ、４２ 出力軸、４２ａ 回転数センサ、４３ トルクコンバータ、４４ 変速機入力軸、４４ａ 回転数センサ、４５ 自動変速機、４８ デファレンシャルギヤ、４９ 駆動輪、６０ 高電圧バッテリ、６１ 高電圧側電力ライン、６２ 低電圧バッテリ、６３ 低電圧側電力ライン、６４ ＤＣ／ＤＣコンバータ、７０ ＨＶＥＣＵ、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８７ 車速センサ、１２２ エアクリーナ、１２３ 吸気管、１２３ａ エアフローメータ、１２３ｔ 温度センサ、１２４ スロットルバルブ、１２４ａ スロットルバルブポジションセンサ、１２５ サージタンク、１２５ａ 圧力センサ、１２６ ポート噴射弁、１２７ 筒内噴射弁、１２８ 吸気バルブ、１２９ 燃焼室、１３０ 点火プラグ、１３２ ピストン、１３３ 排気バルブ、１３４ 排気管、１３５ 浄化装置、１３５ａ 浄化触媒、１３６ ＰＭフィルタ、１３６ａ 差圧センサ、１３７ フロント空燃比センサ、１３８ リヤ空燃比センサ、１４０ クランクポジションセンサ、１４２ 水温センサ、１４４ カムポジションセンサ、Ｋ０ クラッチ。

Claims (5)

1. 筒内噴射弁を有するエンジンと、前記エンジンの出力軸にクラッチを介して接続されたモータと、前記エンジンと前記モータと前記クラッチとを制御する制御装置と、を備えるエンジン装置であって、
   前記制御装置は、前記クラッチを半係合して前記モータにより前記エンジンをクランキングすると共に前記エンジンにおいて最初または２番目に圧縮上死点を迎える気筒に対して燃料噴射と点火とを行なって前記エンジンを始動するよう前記エンジンと前記モータと前記クラッチとを制御する際に、前記最初に圧縮上死点を迎える気筒に対しては、前記エンジンを停止したときの停止クランク角と、前記モータによりクランキングする際の目標クランキングトルクと、前記モータの回転数と、に基づいて点火時期を設定する、
   ことを特徴とするエンジン装置。
2. 請求項１記載のエンジン装置であって、
   前記制御装置は、前記最初に圧縮上死点を迎える気筒の点火時期については、前記停止クランク角が前記第１対象気筒の圧縮上死点から離れるほど遅角側になるように、前記目標クランキングトルクが大きいほど遅角側になるように、前記モータの回転数が大きいほど進角側になるように、予め定めたマップを用いて設定する、
   エンジン装置。
3. 請求項１または２記載のエンジン装置であって、
   前記制御装置は、前記２番目以降に圧縮上死点を迎える気筒に対しては、前記目標クランキングトルクと前記モータの回転数と前記エンジンの回転数とに基づいて点火時期を設定する、
   エンジン装置。
4. 請求項３記載のエンジン装置であって、
   前記制御装置は、前記２番目以降に圧縮上死点を迎える気筒の点火時期については、前記目標クランキングトルクが大きいほど遅角側になるように、前記モータの回転数が大きいほど進角側になるように予め定めたマップを用いて設定する、
   エンジン装置。
5. 請求項４記載のエンジン装置であって、
   前記マップは、前記エンジンの回転数に応じた時期で遅角側をガードするように定められている、
   エンジン装置。

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