JP2023101902A - 内燃機関の始動制御装置 - Google Patents
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
【課題】始動時に筒内噴射弁により燃料噴射を行う場合に燃焼状態が安定した内燃機関の始動制御装置を提供することを課題とする。【解決手段】圧縮行程での燃料噴射である圧縮行程噴射、及び吸気行程での燃料噴射である吸気行程噴射を実行可能な筒内噴射弁を有した内燃機関の始動制御装置において、前記内燃機関の始動要求がある場合に前記圧縮行程噴射を実行する第1制御部と、前記圧縮行程噴射の実行後に、燃料噴射量を前記圧縮行程噴射での燃料噴射量よりも増量して前記吸気行程噴射を実行する第2制御部とを備えた内燃機関の始動制御装置。【選択図】図4
Description
本発明は、内燃機関の始動制御装置に関する。
内燃機関の始動時にポート噴射弁により燃料噴射を行う場合、噴射された燃料の一部がポート壁面に付着して燃焼に寄与する燃料量が不足し、燃焼状態が不安定となるおそれがある。このため、ポート噴射弁からの燃料噴射量を増量する技術が知られている(例えば特許文献1参照)。
内燃機関の始動時に筒内噴射弁により燃料噴射を行う場合、その噴射時期によって筒内壁面への燃料付着量が異なり、燃焼状態が不安定となるおそれがある。
そこで本発明は、始動時に筒内噴射弁により燃料噴射を行う場合に燃焼状態が安定した内燃機関の始動制御装置を提供することを目的とする。
上記目的は、圧縮行程での燃料噴射である圧縮行程噴射、及び吸気行程での燃料噴射である吸気行程噴射を実行可能な筒内噴射弁を有した内燃機関の始動制御装置において、前記内燃機関の始動要求がある場合に前記圧縮行程噴射を実行する第1制御部と、前記圧縮行程噴射の実行後に、燃料噴射量を前記圧縮行程噴射での燃料噴射量よりも増量して前記吸気行程噴射を実行する第2制御部とを備えた内燃機関の始動制御装置によって達成できる。
本発明によれば、始動時に筒内噴射弁により燃料噴射を行う場合に燃焼状態が安定した内燃機関の始動制御装置を提供できる。
[ハイブリッド車両の概略構成]
図1は、ハイブリッド車両1の概略構成図である。ハイブリッド車両1には、エンジン10から駆動輪13までの動力伝達経路に、K0クラッチ14、モータ15、トルクコンバータ18、及び変速機19が順に設けられている。エンジン10及びモータ15は、ハイブリッド車両1の走行用駆動源として搭載されている。エンジン10は、内燃機関の一例であり、例えばV型6気筒ガソリンエンジンであるが気筒数はこれに限定されず、直列型のガソリンエンジンであってもよい。K0クラッチ14、モータ15、トルクコンバータ18、及び変速機19は、変速ユニット11内に設けられている。変速ユニット11と左右の駆動輪13とは、ディファレンシャル12を介して駆動連結されている。
図1は、ハイブリッド車両1の概略構成図である。ハイブリッド車両1には、エンジン10から駆動輪13までの動力伝達経路に、K0クラッチ14、モータ15、トルクコンバータ18、及び変速機19が順に設けられている。エンジン10及びモータ15は、ハイブリッド車両1の走行用駆動源として搭載されている。エンジン10は、内燃機関の一例であり、例えばV型6気筒ガソリンエンジンであるが気筒数はこれに限定されず、直列型のガソリンエンジンであってもよい。K0クラッチ14、モータ15、トルクコンバータ18、及び変速機19は、変速ユニット11内に設けられている。変速ユニット11と左右の駆動輪13とは、ディファレンシャル12を介して駆動連結されている。
K0クラッチ14は、同動力伝達経路上のエンジン10とモータ15との間に設けられている。K0クラッチ14は、解放状態から油圧の供給を受けて係合状態となって、エンジン10とモータ15との動力伝達を接続する。K0クラッチ14は、油圧供給の停止に応じて解放状態となって、エンジン10とモータ15との動力伝達を遮断する。係合状態とは、K0クラッチ14の両係合要素が連結しエンジン10とモータ15が同じ回転数となっている状態である。解放状態とは、K0クラッチ14の両係合要素が離れた状態である。
モータ15は、インバータ17を介してバッテリ16に接続されている。モータ15は、バッテリ16からの給電に応じて車両の駆動力を発生するモータとして機能し、更にエンジン10や駆動輪13からの動力伝達に応じてバッテリ16に充電する電力を発電する発電機としても機能する。モータ15とバッテリ16との間で授受される電力は、インバータ17により調整されている。
インバータ17は、後述するECU100によって制御され、バッテリ16からの直流電圧を交流電圧に変換し、またはモータ15からの交流電圧を直流電圧に変換する。モータ15がトルクを出力する力行運転の場合、インバータ17はバッテリ16の直流電圧を交流電圧に変換してモータ15に供給される電力を調整する。モータ15が発電する回生運転の場合、インバータ17はモータ15からの交流電圧を直流電圧に変換してバッテリ16に供給される電力を調整する。
トルクコンバータ18は、トルク増幅機能を有した流体継ぎ手である。変速機19は、ギア段の切替えにより変速比を多段階に切替える有段式の自動変速機であるが、これに限定されず無段式の自動変速機であってもよい。変速機19は、動力伝達経路上のモータ15と駆動輪13の間に設けられている。トルクコンバータ18を介して、モータ15と変速機19とが連結されている。トルクコンバータ18には、油圧の供給を受けて係合状態となってモータ15と変速機19とを直結するロックアップクラッチ20が設けられている。尚、トルクコンバータ18は必ずしも必要ではなく、設けられていなくてもよい。
変速ユニット11には、更にオイルポンプ21と油圧制御機構22とが設けられている。オイルポンプ21で発生した油圧は、油圧制御機構22を介して、K0クラッチ14、トルクコンバータ18、変速機19、及びロックアップクラッチ20にそれぞれ供給されている。油圧制御機構22には、K0クラッチ14、トルクコンバータ18、変速機19、及びロックアップクラッチ20のそれぞれの油圧回路と、それらの作動油圧を制御するための各種の油圧制御弁と、が設けられている。
ハイブリッド車両1には、同車両の制御装置としてのECU(Electronic Control Unit)100が設けられている。ECU100は、車両の走行制御に係る各種演算処理を行う演算処理回路と、制御用のプログラムやデータが記憶されたメモリと、を備える電子制御ユニットである。ECU100は、内燃機関の始動制御装置の一例であり、詳しくは後述する第1制御部及び第2制御部を機能的に実現する。
ECU100は、エンジン10及びモータ15の駆動を制御する。具体的にはECU100は、エンジン10のスロットル開度、点火時期、燃料噴射量を制御することにより、エンジン10のトルクや回転数を制御する。ECU100は、インバータ17を制御してモータ15とバッテリ16との間での電力の授受量を調整することで、モータ15のトルクや回転数を制御する。またECU100は、油圧制御機構22の制御を通じて、K0クラッチ14やロックアップクラッチ20、変速機19の駆動制御を行う。
ECU100には、イグニッションスイッチ71、クランク角センサ72、モータ回転数センサ73、アクセル開度センサ74、エアフローメータ75、空燃比センサ76、及び水温センサ77からの信号が入力される。クランク角センサ72は、エンジン10のクランクシャフトの回転速度を検出する。モータ回転数センサ73は、モータ15の出力軸の回転速度を検出する。アクセル開度センサ74は、運転者のアクセルペダルの踏込量であるアクセルペダル開度を検出する。エアフローメータ75は、エンジン10の吸入空気量を検出する。空燃比センサ76は、触媒43から排出された排気の空燃比を検出する。水温センサ77は、エンジン10の冷却水の温度を検出する。
ECU100は、モータモード及びハイブリッドモードの何れかの走行モードでハイブリッド車両を走行させる。モータモードでは、ECU100はK0クラッチ14を解放し、モータ15の動力により走行する。ハイブリッドモードでは、ECU100はK0クラッチ14を係合状態に切り替えて少なくともエンジン10の動力により走行する。走行モードの切り替えは、車速やアクセル開度から求められた車両の要求駆動力と、バッテリ16の充電状態などに基づいて行われる。
[エンジンの概略構成]
図2は、エンジン10の概略構成図である。エンジン10は、気筒30、ピストン31、コネクティングロッド32、クランクシャフト33、吸気通路35、吸気弁36、排気通路37、及び排気弁38を有している。図2には、エンジン10が有する複数の気筒30のうちの一つのみが表示されている。気筒30では混合気の燃焼が行われる。ピストン31は、各気筒30に往復動可能に収容され、エンジン10の出力軸であるクランクシャフト33にコネクティングロッド32を介して連結されている。コネクティングロッド32は、ピストン31の往復運動をクランクシャフト33の回転運動に変換する。
図2は、エンジン10の概略構成図である。エンジン10は、気筒30、ピストン31、コネクティングロッド32、クランクシャフト33、吸気通路35、吸気弁36、排気通路37、及び排気弁38を有している。図2には、エンジン10が有する複数の気筒30のうちの一つのみが表示されている。気筒30では混合気の燃焼が行われる。ピストン31は、各気筒30に往復動可能に収容され、エンジン10の出力軸であるクランクシャフト33にコネクティングロッド32を介して連結されている。コネクティングロッド32は、ピストン31の往復運動をクランクシャフト33の回転運動に変換する。
吸気通路35は、各気筒30の吸気ポートに吸気弁36を介して接続されている。排気通路37は、各気筒30の排気ポートに排気弁38を介して接続されている。吸気通路35には、エアフローメータ75、及び吸入空気量を調整するスロットル弁40が設けられている。排気通路37には空燃比センサ76、及び排気浄化用の触媒43が設けられている。
気筒30には筒内噴射弁41dが設けられている。筒内噴射弁41dは気筒30内に直接燃料を噴射する。吸気通路35には、吸気ポートに向けて燃料を噴射するポート噴射弁41pが設けられている。尚、筒内噴射弁41dが設けられていれば、ポート噴射弁41pは設けられていなくてもよい。各気筒30には、吸気通路35を通じて導入された吸気と筒内噴射弁41d及びポート噴射弁41pが噴射した燃料との混合気を火花放電により点火する点火プラグ42が設けられている。
[エンジンの始動]
このように構成されたエンジン10に対して、イグニッションスイッチ71がオフからオンに切り替わった場合や、間欠運転中に自動再始動条件が成立した場合に始動が要求される。エンジン10の始動要求があると、ECU100はK0クラッチ14をスリップ状態に制御してモータ15によりエンジン10のクランキングを開始すると共にエンジン10での燃焼を開始する。
このように構成されたエンジン10に対して、イグニッションスイッチ71がオフからオンに切り替わった場合や、間欠運転中に自動再始動条件が成立した場合に始動が要求される。エンジン10の始動要求があると、ECU100はK0クラッチ14をスリップ状態に制御してモータ15によりエンジン10のクランキングを開始すると共にエンジン10での燃焼を開始する。
具体的にはECU100は、筒内噴射弁41dによる圧縮行程噴射を所定の目標回数だけ実行し、その後に筒内噴射弁41dによる吸気行程噴射に切り替えて所定の目標回数だけ実行する。圧縮行程噴射は、クランキングの開始と共に順に圧縮行程となる気筒30に対して圧縮行程中に実行される燃料噴射である。圧縮行程噴射を実行することにより、エンジン10のトルクを早期に増大させることができる。吸気行程噴射は、順に吸気行程となる気筒30に対して吸気行程中に実行される燃料噴射である。吸気行程噴射を実行することにより、エンジン10のトルクを安定させることができる。圧縮行程噴射と吸気行程噴射がそれぞれ目標回数だけ実行されたことをもって、エンジン10の運転状態が安定したものとみなしてエンジン10の始動が完了する。
エンジン10の始動が完了すると、ECU100はK0クラッチ14を係合させ、エンジン10のトルクが要求トルクとなるように運転を制御する。尚、エンジン10にスタータモータが設けられている場合には、モータ15の代わりにスタータモータによりエンジン10をクランキングしてもよい。
[始動時の燃料噴射制御]
図3は、ECU100が実行するエンジン10の始動時の燃料噴射制御の一例を示したフローチャートである。本制御では、イグニッションがオンの状態で所定の周期ごとに繰り返し実行される。ECU100は、エンジン10への始動要求があるか否かを判定する(ステップS1)。ステップS1でNoの場合には、本制御は終了する。
図3は、ECU100が実行するエンジン10の始動時の燃料噴射制御の一例を示したフローチャートである。本制御では、イグニッションがオンの状態で所定の周期ごとに繰り返し実行される。ECU100は、エンジン10への始動要求があるか否かを判定する(ステップS1)。ステップS1でNoの場合には、本制御は終了する。
ステップS1でYesの場合には、ECU100は圧縮行程噴射での目標噴射量を算出する(ステップS2)。圧縮行程噴射での目標噴射量は、基本噴射量に未寄与燃料増量分を加算した量として算出される。基本噴射量は、エアフローメータ75により検出された吸入空気量が多いほど多く算出される。また基本噴射量は、空燃比センサ77での検出空燃比が目標空燃比よりもリッチ側だと少なく算出され、リーン側だと多く算出される。未寄与燃料増量分は、ピストン31の頂面や筒内壁面に付着して燃焼に寄与しない燃料分を補う増量分である。未寄与燃料増量分は、水温センサ77により検出されるエンジン10の冷却水の温度が低いほど多く算出され、種々のデータに基づき予め実験的に求められた適合値である。
ECU100は実際の燃料噴射量が上記のように算出された目標噴射量となるように筒内噴射弁41dを開閉制御することにより圧縮行程噴射を実行する(ステップS3)。ステップS1~S3は、第1制御部が実行する処理の一例である。
次にECU100は、圧縮行程噴射の実行回数が目標回数となったか否かを判定する(ステップS4)。圧縮行程噴射の目標回数は、始動要求時のエンジン10への要求トルクが大きいほど、少なく設定される。ステップS4でNoの場合には、再度目標噴射量が算出されて圧縮行程噴射が実行される。
ステップS4でYesの場合、ECU100は吸気行程噴射での目標噴射量を算出する(ステップS5)。吸気行程噴射での目標噴射量は、上述したように基本噴射量に未寄与燃料増量分を加算し、更に吸気行程噴射増量分を加算することにより算出される。吸気行程噴射増量分とは、吸気行程噴射に起因した筒内壁面への燃料付着量を補うための燃料噴射量の増量分である。吸気行程噴射増量分は、種々のデータに基づき予め実験的に求められた適合値である。
吸気行程噴射増量分は、吸気行程噴射での目標噴射量の算出に用いられるが、圧縮行程噴射での目標噴射量の算出には用いられない。圧縮行程噴射はピストン31が上昇してピストン31から露出する筒内壁面の面積が減少している最中に行われるため、筒内壁面への燃料付着量は比較的少ない。これに対して、吸気行程噴射はピストン31が下降であってピストン31から露出する筒内壁面の面積が増大している最中に行われるため、筒内壁面への燃料付着量が比較的多くなるからである。従って、吸気行程噴射での燃料噴射量は、圧縮行程噴射での燃料噴射量よりも増大する。
具体的にはECU100は、図4A~図4Cに示すマップを参照して吸気行程噴射増量分を算出する。図4A~図4Cは、吸気行程噴射増量分を規定したマップの一例である。図4Aは、吸入空気量に応じた吸気行程噴射増量分を規定したマップの一例である。縦軸は吸入空気量[g/sec]を示し、横軸は吸気行程噴射増量分[mg]を示している。図4Aのマップでは、吸入空気量が多いほど吸気行程噴射増量分が増大するように規定している。吸入空気量が多ければ、筒内に導入される空気によって筒内壁面への燃料付着量も増大するからである。
また図4Aには、冷却水の温度が低温の場合と高温の場合とを示している。図4Aのマップでは、冷却水が低温の場合の方が高温の場合よりも、吸気行程噴射増量分が増大するように規定している。冷却水が低温であると筒内壁面の温度も低く、筒内壁面への燃料付着量も増大するからである。尚、冷却水の温度の代わりに潤滑油の温度を用いてもよい。
図4Bは、吸気行程噴射回数に応じた吸気行程噴射増量分を規定したマップの一例である。縦軸は吸気行程噴射回数[-]を示し、横軸は吸気行程噴射増量分[mg]を示している。図4Bのマップでは、吸気行程噴射回数が増えるほど吸気行程噴射増量分が減少するように規定している。吸気行程噴射の実行回数が増えるほど、新たに筒内壁面に付着する燃料量は徐々に低下するからである。これにより不必要な燃料噴射量の増量を抑制して、燃費の悪化を抑制できる。
図4Cは、圧縮行程噴射の合計回数に応じた吸気行程噴射増量分を規定したマップの一例である。縦軸は圧縮行程噴射の合計回数[-]を示し、横軸は吸気行程噴射増量分[mg]を示している。圧縮行程噴射の合計回数とは、エンジン10の始動要求があってから吸気行程噴射が実行される前に実行された圧縮行程噴射の合計回数であり、圧縮行程噴射の目標回数でもある。図4Cのマップでは、圧縮行程噴射の合計回数が少ないほど吸気行程噴射増量分は増大するように規定している。圧縮行程噴射の合計回数が少ないほど、エンジン10の燃焼状態が安定する前に圧縮行程噴射から吸気行程噴射に切り替えられているからである。これにより吸気行程噴射での燃料噴射量を増量させて、燃焼状態を安定させることができる。尚、吸気行程噴射増量分を算出に関しては、図4A~図4Cに示したマップに限定されず、吸入空気量や冷却水の温度、吸気行程噴射回数、圧縮行程噴射の合計回数等を引数とした演算式により算出してもよい。
ECU100は実際の燃料噴射量が上記のように算出された目標噴射量となるように筒内噴射弁41dを開閉制御することにより吸気行程噴射を実行する(ステップS6)。ステップS5及びS6は、第2制御部が実行する処理の一例である。
次にECU100は、吸気行程噴射の実行回数が目標回数となったか否かを判定する(ステップS7)。吸気行程噴射の目標回数は、始動要求時のエンジン10への要求トルクが大きいほど、少なく設定される。ステップS7でNoの場合には、再度目標噴射量が算出されて吸気行程噴射が実行される。ステップS7でYesの場合には、本制御を終了する。このように、圧縮行程噴射及び吸気行程噴射がそれぞれの目標回数だけ実行されると、エンジン10の始動が完了する。
以上のように、エンジン10の始動時に筒内噴射弁41dにより燃料噴射を行う場合に、吸気行程噴射での燃料噴射量は、圧縮行程噴射での燃料噴射量よりも増大している。このため、吸気行程噴射での実際に燃焼に寄与する燃料量が不足して燃焼状態が不安定となることを抑制できる。
上記実施例では、単一のECU100によりハイブリッド車両を制御する場合を例示したが、これに限定されない。例えばエンジン10を制御するエンジンECU、モータ15を制御するモータECU、K0クラッチ14を制御するクラッチECU等の複数のECUによって、上述した制御を実行してもよい。
上記実施例では、エンジン10とモータ15との間にK0クラッチ14が設けられたハイブリッド車両1を例示したが、これに限定されない。例えば駆動輪に連結された駆動軸にプラネタリギヤを介してエンジン及び第1モータが接続すると共に、駆動軸に第2モータが接続したハイブリッド車両であってもよい。また、ハイブリッド車両1に限定されずエンジン車両であってもよい。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
10 エンジン
14 K0クラッチ
15 モータ
41d 筒内噴射弁
100 ECU(第1制御部、第2制御部)
14 K0クラッチ
15 モータ
41d 筒内噴射弁
100 ECU(第1制御部、第2制御部)
Claims (1)
- 圧縮行程での燃料噴射である圧縮行程噴射、及び吸気行程での燃料噴射である吸気行程噴射を実行可能な筒内噴射弁を有した内燃機関の始動制御装置において、
前記内燃機関の始動要求がある場合に前記圧縮行程噴射を実行する第1制御部と、
前記圧縮行程噴射の実行後に、燃料噴射量を前記圧縮行程噴射での燃料噴射量よりも増量して前記吸気行程噴射を実行する第2制御部と、を備えた内燃機関の始動制御装置。
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A621 | Written request for application examination |
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