JP2023116989A - 車両の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】内燃機関を始動させる際、極力早いタイミングでの燃料の燃焼の開始と、無駄な燃料噴射の回避とを両立する。【解決手段】制御装置は、内燃機関の始動要求があったときに圧縮行程にある対象気筒を判別する処理(ステップS10)と、仮に対象気筒で燃料を燃焼させる場合に対象気筒に対応するインジェクタに燃料噴射を開始させるクランク軸の回転位置である要求噴射位置YCRを算出する処理(ステップS20)と、要求噴射位置YCRから規定回転量だけ進角したクランク軸の回転位置を開始クランク位置WCRとして算出する処理(ステップS30)と、内燃機関の始動要求があったときのクランク軸の回転位置JCRが開始クランク位置WCRよりも進角側である場合に限って(ステップS40:YES)、開始クランク位置WCRで上記インジェクタに対して燃料噴射を指示する指令信号Zを出力する処理(ステップS70)とを実行する。【選択図】図5

Description

この発明は、車両の制御装置に関する。
特許文献1に開示された車両は、内燃機関、電動機、及び制御装置を有する。内燃機関のクランク軸は、電動機に連結している。制御装置は、車両の走行状況に応じて内燃機関を停止させたり内燃機関を再始動させたりする所謂アイドリングストップの制御を行う。例えば、制御装置は、車両の減速中、内燃機関を停止させる。ここで、車両の減速中において制御装置が内燃機関を停止させた後、ドライバが再加速を要求することがある。この場合、制御装置は、電動機によって内燃機関をクランキングさせることによって内燃機関を再始動させる。
特開2017-100626号公報
特許文献1のように、車両の減速中に内燃機関を再始動させる場合において、クランク軸の回転速度が一定の回転速度を超えているときには、電動機によるクランキング無しで内燃機関を再始動させることが考えられる。この場合、内燃機関で速やかに燃料の燃焼を開始させて内燃機関自身でトルクを出す必要がある。そのような速やかな燃料の燃焼の開始を実現すべく、内燃機関の最始動の要求があった際、その時点で最も点火時期が近い気筒で初爆させることが考えられる。この場合、内燃機関の最始動の要求があった時点で、上記気筒に対応するインジェクタに、燃料噴射を開始させるための信号を出力することになる。
ここで、制御装置がインジェクタに対して燃料噴射の指令信号を出力してから、インジェクタに通電され、実際にインジェクタが燃料噴射を開始するまでにはタイムラグがある。そして、内燃機関を再始動させる際にクランク軸が回転している場合、このタイムラグの間にもクランク軸が回転している。したがって、内燃機関の最始動の要求があってから直ぐに上記の指令信号を出力した場合でも、実際にインジェクタが燃料噴射を開始するタイミングが、点火開始までに燃料噴射を完了できる噴射タイミングに対して遅延することがあり得る。この場合、必要な燃料を噴射し終える前に点火時期が訪れる。
上記課題を解決するための車両の制御装置は、複数の気筒と、前記気筒毎に設けられているとともに前記気筒内に燃料を直接噴射するインジェクタ、及びクランク軸を備えた内燃機関と、前記内燃機関から駆動輪へと至る動力伝達経路上に位置し、回転軸を備えた電動機と、前記内燃機関及び前記電動機の間に介在し、前記クランク軸及び前記回転軸を接続した接続状態、又は前記クランク軸及び前記回転軸を切り離した切断状態に切り替わるクラッチと、を有する車両に適用され、前記クラッチが前記切断状態であり、且つ前記クランク軸の回転速度がゼロよりも大きな値として定められた規定回転速度以上であり、且つ前記インジェクタによる燃料噴射を停止している状態で、前記内燃機関の始動要求があった場合、前記複数の気筒のうち、前記始動要求があったときに圧縮行程にある気筒である対象気筒を判別する第1処理と、前記対象気筒に燃料を噴射するインジェクタを対象インジェクタとしたとき、仮に前記対象気筒で燃料を燃焼させる場合に前記対象インジェクタに燃料噴射を開始させる前記クランク軸の回転位置である要求噴射位置を前記クランク軸の回転速度に基づいて算出する第2処理と、前記要求噴射位置から規定回転量だけ進角した前記クランク軸の回転位置を開始クランク位置として算出する第3処理と、前記始動要求があったときの前記クランク軸の回転位置が前記開始クランク位置よりも進角側である場合に限って、前記開始クランク位置で、前記対象インジェクタに対して燃料噴射を指示する指令信号を出力する第4処理とを実行する。
上記構成の制御装置は、始動要求時のクランク軸の回転位置が開始クランク位置よりも進角側である場合、開始クランク位置で指令信号を出力する。この場合、指令信号を出力してからインジェクタが燃料噴射を開始するまでに遅延があっても、その遅延の少なくとも一部は、クランク軸が規定回転量を回転する期間で相殺できる。そのため、始動要求があったときに圧縮行程にある気筒のインジェクタは、要求噴射位置で燃料噴射を開始できる可能性が高い。この場合、上記インジェクタは、点火前までに燃料噴射を完了できる可能性が高い。このことにより、内燃機関は、極力早いタイミングで燃料の燃焼を開始できる。一方、上記構成の制御装置は、始動要求時のクランク軸の回転位置が開始クランク位置に対して遅角側である場合、指令信号の出力を見送る。つまり、点火前までに燃料噴射を完了できない可能性が高いときには、制御装置は、燃料噴射をキャンセルする。このことにより、インジェクタが無駄に燃料を噴射してしまうこともない。
車両の制御装置は、前記規定回転量を、前記クランク軸の回転速度が高いほど大きくしてもよい。
指令信号を出力してからインジェクタが燃料噴射を開始するまでに要する時間の長さを必要期間と呼称する。時間を尺度としたこの必要期間は、クランク軸の回転速度に拘わらず略一定である。ここで、ある一定時間が経過する間におけるクランク軸の回転量は、クランク軸の回転速度が高いほど大きくなる。したがって、時間を尺度とした上記の必要期間が同じであっても、クランク軸の回転速度が異なれば、指令信号を出力してからインジェクタが燃料噴射を開始するまでに要するクランク軸の回転量は異なる。上記構成において、規定回転量は、クランク軸の回転速度に応じたクランク軸の回転量の違いを反映した値になる。こうした規定回転量を用いて開始クランク位置を算出することで、開始クランク位置が正確な値になる。
図1は、車両の概略構成図である。 図2は、内燃機関の概略構成図である。 図3は、判断位置、開始クランク位置、及び要求噴射位置の前後関係の例を表した模式図である。 図4は、規定マップの例を表した図である。 図5は、初回噴射制御の処理手順を表したフローチャートである。
以下、車両の制御装置の一実施形態を、図面を参照して説明する。
<車両の全体構成>
図1に示すように、車両90は、内燃機関10、クラッチ81、モータジェネレータ82、変速ユニット80、及び油圧機構86を有する。また、車両90は、ディファレンシャル71、複数の駆動輪72、インバータ78、及びバッテリ79を有する。
内燃機関10は、車両90の駆動源である。内燃機関10の詳細な構造は後述する。内燃機関10は、クランク軸14を有する。
モータジェネレータ82は、車両90の駆動源である。モータジェネレータ82は、電動機及び発電機の双方の機能を有する。モータジェネレータ82は、ステータ82C、ロータ82B、及び回転軸82Aを有する。ロータ82Bは、ステータ82Cに対して回転可能である。回転軸82Aは、ロータ82Bと一体回転する。モータジェネレータ82は、インバータ78を介してバッテリ79と電気的に接続している。バッテリ79は、モータジェネレータ82との間で電力を授受する。インバータ78は、直流交流の変換を行う。
クラッチ81は、内燃機関10とモータジェネレータ82との間に介在している。クラッチ81は、油圧機構86からの油圧によって動作することで断接状態が切り替わる。クラッチ81は、油圧の供給を受けると、クランク軸14とモータジェネレータ82の回転軸82Aとを接続した接続状態になる。クラッチ81は、油圧の供給が停止されると、クランク軸14と回転軸82Aとを切り離した切断状態になる。
変速ユニット80は、トルクコンバータ83及び自動変速機85を有する。トルクコンバータ83は、ポンプインペラ83A、タービンライナ83B、及びロックアップクラッチ84を有する。トルクコンバータ83は、トルク増幅機能を有した流体継ぎ手である。ポンプインペラ83Aは、モータジェネレータ82の回転軸82Aと一体回転する。タービンライナ83Bは、自動変速機85の入力軸と一体回転する。ロックアップクラッチ84は、油圧機構86からの油圧の供給を受けてポンプインペラ83Aとタービンライナ83Bとを直結する。
自動変速機85は、ギアの切り替えにより変速比が多段階に切り替わる有段式の変速機である。自動変速機85の出力軸は、ディファレンシャル71を介して左右の駆動輪72に接続している。ディファレンシャル71は、左右の駆動輪72に回転速度の差が生じることを許容する。なお、クラッチ81、モータジェネレータ82、及び変速ユニット80は、一つながりのケースに収容されている。つまり、クラッチ81、モータジェネレータ82、及び変速ユニット80は、一体的なハイブリッドトランスアスクルとして構成されている。そして、これらクラッチ81、モータジェネレータ82、及び変速ユニット80は、内燃機関10から駆動輪72へと至る動力伝達経路上に位置している。
車両90は、アクセルペダル94を有する。アクセルペダル94は、ドライバが踏み込むフットペダルである。車両90は、車速センサ58及びアクセルセンサ59を有する。車速センサ58は、車両90の走行速度SPを検出する。車速センサ58は、検出した走行速度SPに応じた信号を出力する。アクセルセンサ59は、上記アクセルペダル94の踏み込み量であるアクセル操作量ACCを検出する。アクセルセンサ59は、検出したアクセル操作量ACCに応じた信号を出力する。
<内燃機関の詳細>
図1及び図2に示すように、内燃機関10は、4つの気筒11、4つのピストン12、4つのコネクティングロッド13、及び上記クランク軸14を有する。なお、図2では、4つの気筒11のうちの1つのみを示している。ピストン12及びコネクティングロッド13についても同様である。ピストン12及びコネクティングロッド13は、気筒11毎に設けられている。以下では、4つの気筒11を総称して説明するときはこれらを気筒11と呼称し、これらを区別して説明するときは第1気筒#1、第2気筒#2、第3気筒#3、及び第4気筒#4と呼称する。
気筒11は、燃料を燃焼させるための空間である。図2に示すように、ピストン12は、気筒11内に位置している。ピストン12は、気筒11内を往復動する。ピストン12は、コネクティングロッド13を介してクランク軸14に連結している。クランク軸14は、ピストン12の往復動に応じて回転する。なお、内燃機関10は、各気筒11での、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、及び排気行程が、クランク軸14が720度回転することで一巡する4ストローク1サイクルの機関である。
内燃機関10は、4つの点火プラグ19を有する。なお、図2では、4つの点火プラグ19のうちの1つのみを示している。点火プラグ19は、気筒11毎に設けられている。点火プラグ19の先端は、気筒11内に位置している。点火プラグ19は、吸気と燃料との混合気に点火を行う。本実施形態において、4つの点火プラグ19は、第1気筒#1、第3気筒#3、第4気筒#4、第2気筒#2の順に点火を行う。換言すると、4つの気筒11は、第1気筒#1、第3気筒#3、第4気筒#4、第2気筒#2の順に、混合気の燃焼に伴う膨張行程を迎える。
図1及び図2に示すように、内燃機関10は、4つの筒内インジェクタ18を有する。なお、図2では、4つの筒内インジェクタ18のうちの1つのみを示している。図1に示すように、筒内インジェクタ18は、気筒11毎に設けられている。図2に示すように、筒内インジェクタ18は、後述の吸気通路15を介さずに気筒11内に直接燃料を噴射するインジェクタである。筒内インジェクタ18は、電磁ソレノイド18A、弁体18B、及び噴射孔18Cを有する。噴射孔18Cは、筒内インジェクタ18の先端部に位置している。この噴射孔18Cを含む筒内インジェクタ18の先端部は、気筒11内に位置している。弁体18Bは、電磁ソレノイド18Aへの通電のオンオフに応じて位置が変わる。電磁ソレノイド18Aが通電されていない場合、弁体18Bは、噴射孔18Cを塞ぐ初期位置に位置する。この場合、筒内インジェクタ18は燃料を噴射しない。電磁ソレノイド18Aが通電されると、弁体18Bは、噴射孔18Cを開放する噴射位置へと移動する。弁体18Bが噴射位置にある場合、筒内インジェクタ18は、噴射孔18Cを通じて気筒11内に燃料を噴射する。
図1及び図2に示すように、内燃機関10は、4つの駆動回路73を有する。なお、図2では、4つの駆動回路73のうちの1つのみを示している。駆動回路73は、筒内インジェクタ18毎に設けられている。駆動回路73は、各筒内インジェクタ18とバッテリ79との間に介在している。駆動回路73は、電気回路であり、スイッチ等を有する。駆動回路73は、後述の指令信号Zに応じて動作する。その動作によって、駆動回路73は、筒内インジェクタ18の電磁ソレノイド18Aへの通電をオンオフする。
図2に示すように、内燃機関10は、吸気通路15、スロットルバルブ16、4つのポートインジェクタ17、及び排気通路21を有する。なお、図2では、4つのポートインジェクタ17のうちの1つのみを示している。吸気通路15は、各気筒11に吸気を導入するための通路である。吸気通路15は、各気筒11に接続している。スロットルバルブ16は、吸気通路15の途中に位置している。スロットルバルブ16は、吸気通路15を流れる吸気量を調節する。4つのポートインジェクタ17は、吸気通路15における、スロットルバルブ16から視て下流側に位置している。ポートインジェクタ17は、気筒11毎に設けられている。ポートインジェクタ17は、吸気通路15に燃料を噴射する。なお、図2では、ポートインジェクタ17を筒内インジェクタ18よりも小さく描いているが、これは便宜上のものである。排気通路21は、各気筒11から排気を排出するための通路である。排気通路21は、各気筒11に接続している。
内燃機関10は、燃料供給系を有する。燃料供給系は、燃料タンク35、燃料供給通路36、分岐通路37、及び燃圧センサ63を有する。燃料タンク35は、燃料を貯留する。燃料供給通路36は、燃料タンク35と各筒内インジェクタ18とを接続している。燃料供給通路36には、図示しないポンプによって圧送される燃料が流通する。燃圧センサ63は、筒内インジェクタ18に供給される燃料の圧力(以下、燃圧と記す。)Pを検出する。燃圧センサ63は、検出した燃圧Pに応じた信号を出力する。分岐通路37は、燃料供給通路36から分岐している。分岐通路37は、各ポートインジェクタ17に接続している。
内燃機関10は、吸気弁28、排気弁29、及び動弁機構24を有する。動弁機構24は、吸気カム軸25及び排気カム軸26を有する。吸気カム軸25及び排気カム軸26は、図示しないタイミングチェーンを介してクランク軸14と連結している。そして、吸気カム軸25及び排気カム軸26は、クランク軸14と連動して動作する。なお、クランク軸14が2回転する間に吸気カム軸25及び排気カム軸26は1回転する。吸気弁28は、吸気カム軸25と連動して動作する。その動作によって、吸気弁28は、吸気通路15における気筒11との接続口を開閉する。排気弁29は、排気カム軸26と連動して動作する。その動作によって、排気弁29は、排気通路21における気筒11との接続口を開閉する。
内燃機関10は、センサプレート167及びクランクポジションセンサ61を有する。センサプレート167は、円盤状の本体と、本体の外周から突出する複数の歯168とを有する。本体は、クランク軸14と一体回転する。複数の歯168は、基本的には10度間隔で並んでいる。ただし、隣り合う歯168間の間隔が30度となる箇所が1箇所存在している。本体の外周のうち、隣り合う歯168間の間隔が他の箇所よりも大きい上記の箇所を欠歯部169と呼称する。
クランクポジションセンサ61は、センサプレート167の外周と向かい合う位置に存在している。クランク軸14の回転に伴ってセンサプレート167が回転すると、クランクポジションセンサ61は、センサプレート167の歯168と、隣り合う歯168同士の間の空隙部分とに交互に向かい合う。クランクポジションセンサ61は、センサプレート167の歯168と対向しているときにL信号を出力し、空隙部分と対向しているときにH信号を出力する。上記した歯168の並びと対応して、クランクポジションセンサ61は、基本的には一定の通常間隔でL信号とH信号とを交互に出力する。クランクポジションセンサ61は、欠歯部169が当該クランクポジションセンサ61の前を通過するときのみ、通常間隔よりも長い間隔でH信号を出力する。以下では、欠歯部169がクランクポジションセンサ61の前を通過するときにクランクポジションセンサ61が出力するH信号を欠歯信号と呼称する。また、以下では、クランクポジションセンサ61が出力する各信号を総称してクランク信号CRと呼称する。
ここで、上記した各気筒11での膨張行程の順番との兼ね合いで、第1気筒#1のピストン12と、第4気筒#4のピストン12とは、同じタイミングで上死点に位置する。本実施形態では、第1気筒#1のピストン12と第4気筒#4のピストン12が上死点に位置するときに、センサプレート167の欠歯部169の終端とクランクポジションセンサ61とが向かい合うように、欠歯部169の位置が定めてある。こうした設定上、クランク信号CRは、第1気筒#1のピストン12と第4気筒#4のピストン12が上死点に至る前後で欠歯信号からL信号に切り替わる。
内燃機関10は、第1ロータプレート31及び第1カムポジションセンサ62を有する。第1ロータプレート31は、円環状の本体と、本体の外周から突出する扇状の3つの突起32とを有する。本体は、吸気カム軸25と一体回転する。3つの突起32は、本体の外周に沿う方向において互いに異なる占有範囲で広がっている。また、隣り合う突起32の間隔は互いに異なっている。
第1カムポジションセンサ62は、第1ロータプレート31の外周と向かい合う位置に存在している。吸気カム軸25の回転に伴って第1ロータプレート31が回転すると、第1カムポジションセンサ62は、第1ロータプレート31の突起32と、隣り合う突起32同士の間の空隙部分とに交互に向かい合う。第1カムポジションセンサ62は、各突起32と対向しているときにL信号を出力し、空隙部分と対向しているときにH信号を出力する。第1ロータプレート31における3つの突起32の広がりに応じて、第1カムポジションセンサ62が出力するL信号とH信号の間隔は変わる。第1カムポジションセンサ62は、3つの突起32のうち、最も占有範囲の大きい大突起32Aが当該第1カムポジションセンサ62の前を通過するときには、他の突起32が通過するときよりも長い間隔でL信号を出力する。以下では、大突起32Aが第1カムポジションセンサ62の前を通過するときに第1カムポジションセンサ62が出力するL信号を最長信号と呼称する。また、以下では、第1カムポジションセンサ62が出力する各信号を総称してカム信号Mと呼称する。
なお、本実施形態では、つぎのように第1ロータプレート31の大突起32Aの位置が定めてある。第1気筒#1のピストン12が圧縮上死点に位置するときに、大突起32Aの終端が第1カムポジションセンサ62と向かい合う。こうした設定上、カム信号Mは、第1気筒#1のピストン12が圧縮上死点に至る前後で最長信号からH信号に切り替わる。ちなみに、吸気カム軸25はクランク軸14が2回転する間に1回転することから、第1気筒#1のピストン12が圧縮上死点に位置するときと、第4気筒#4のピストン12が圧縮上死点に位置するときとでは、第1カムポジションセンサ62が向かい合う第1ロータプレート31の外周箇所は異なる。したがって、カム信号Mが最長信号からH信号に切り替わる際、第4気筒#4のピストン12は圧縮上死点には位置しない。
図示は省略するが、内燃機関10は、第2ロータプレート及び第2カムポジションセンサを有する。これら第2ロータプレート及び第2カムポジションセンサは、排気カム軸26の回転の推移を検出するためのものである。第2ロータプレート及び第2カムポジションセンサは、排気カム軸26用である点を除いて第1ロータプレート31及び第1カムポジションセンサ62と同様の構成であるため、これらの詳細は割愛する。
<制御装置について>
図1に示すように、車両90は、制御装置100を有する。制御装置100は、コンピュータプログラム(ソフトウェア)に従って各種処理を実行する1つ以上のプロセッサとして構成し得る。なお、制御装置100は、各種処理のうち少なくとも一部の処理を実行する、特定用途向け集積回路(ASIC)等の1つ以上の専用のハードウェア回路、またはそれらの組み合わせを含む回路(circuitry)として構成してもよい。プロセッサは、CPU111及び、RAM並びにROM112等のメモリを含む。メモリは、処理をCPU111に実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。メモリすなわちコンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。制御装置100は、電気的に書き換え可能な不揮発性メモリである記憶装置を有する。
制御装置100は、車両90における上記の各種センサが出力する信号を繰り返し受信する。制御装置100は、受信する信号に基づいて車両90の各種部位を制御する。その一環として、制御装置100は、内燃機関10を制御する。制御装置100は、内燃機関10を制御する上での基本的な処理として、クランク信号CRの推移に基づいて、クランク軸14の回転速度である機関回転速度NEを算出する。制御装置100は、機関回転速度NEの算出を繰り返す。また、制御装置100は、クランク信号CRの推移に基づいて、クランク軸14の回転位置であるクランク位置を算出する。なお、詳細には、制御装置100は、クランク位置を示す値となるクランクカウンタを算出するが、ここでは単にクランク位置を算出すると記す。制御装置100は、例えば、機関回転速度NEがゼロになった後、再び機関回転速度NEがゼロよりも大きくなると、クランク信号CRが歯欠信号からL信号に切り替わるタイミング等に基づいて、基準となるクランク位置を特定する。そして、制御装置100は、この基準となるクランク位置を起点として、クランク信号CRの推移に応じてクランク位置をゼロ度からカウントアップする。制御装置100は、クランク位置が720度になると、クランク位置をゼロ度から算出し直す。すなわち、制御装置100は、内燃機関10の1サイクルを1周期としてクランク位置を算出する。制御装置100は、このクランク位置を基準として、内燃機関10の各種制御を行う。例えば、制御装置100は、燃料噴射の制御にあたっては、クランク位置から把握される適切なタイミングで、筒内インジェクタ18に対して燃料噴射を指示する指令信号Zを出力する。なお、筒内インジェクタ18に対して指令信号Zを出力することは、実質的には、筒内インジェクタ18に対応する駆動回路73に対して指令信号Zを出力することに相当する。
上記のとおり、制御装置100は、クランク位置を算出するにあたって、基準となるクランク位置を特定する。その際、制御装置100は、気筒11の位相を考慮する。すなわち、制御装置100は、各気筒11が、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、及び排気行程のいずれの行程にあるかを把握した上で、基準となるクランク位置を特定する。各気筒11の位相を把握するにあたり、制御装置100は、クランク信号CRの推移と、カム信号Mの推移とを参照する。上記のとおり、クランク信号CRは、第1気筒#1のピストン12と第4気筒#4のピストン12が上死点に至る前後で欠歯信号からL信号に切り替わる。また、カム信号Mは、第1気筒#1のピストン12が圧縮上死点に至る前後で、最長信号からH信号に切り替わる。したがって、クランク信号CRが欠歯信号からL信号に切り替わったときにカム信号Mが最長信号からL信号に切り替わった場合、制御装置100は、第1気筒#1のピストン12が圧縮上死点に位置しており、第4気筒#4のピストン12が排気上死点に位置していることを把握できる。こうした気筒11の位相の情報も踏まえて、制御装置100は基準となるクランク位置を特定する。そして、制御装置100は、各気筒11の位相と対応付けてクランク位置を算出していく。したがって、制御装置100は、常時、各気筒11における現状の位相を識別している。
<走行モードの切り替え>
制御装置100は、状況に応じて車両90の走行モードを第1モード又は第2モードに切り替える。制御装置100は、第1モードでは、内燃機関10の運転を停止し、且つクラッチ81を切断状態にする。この場合、制御装置100は、モータジェネレータ82の動力のみによって車両90を走行させる。一方、制御装置100は、第2モードでは、内燃機関10を稼働させ、且つクラッチ81を接続状態にする。この場合、制御装置100は、内燃機関10の動力とモータジェネレータ82の動力とを併用して車両90を走行させる。なお、制御装置100は、第2モードでは、モータジェネレータ82に回生発電させて内燃機関10の動力のみで車両90を走行させることもある。
制御装置100は、例えばバッテリ79の充電残量に十分な余裕がある場合、アクセル操作量ACCが小さいときには第1モードを選択し、アクセル操作量ACCが大きいときには第2モードを選択する。すなわち、制御装置100は、アクセル操作量ACCに応じて走行モードを切り替える。例えば、走行モードを第2モードに切り替えるにあたって、制御装置100は、アクセル操作量ACCが規定操作量に増加すると、第2モードへの切り替え要求があった、すなわち内燃機関10の始動要求があったと判断する。そして、制御装置100は、走行モードを切り替えるべく必要な各処理を行う。
なお、上記の規定操作量は、つぎのような値である。乗員から指示されるアクセル操作量ACCに対して車両90が出力すべきトルクを車両軸トルクと呼称する。内燃機関10を稼働させる上では、内燃機関10を高い燃焼効率で運転させて燃費を良くすることが求められる。ここで、内燃機関10を高い燃焼効率で運転させたときの内燃機関10のトルクは相応に大きい。したがって、車両軸トルクが小さいときに内燃機関10を稼働することは、燃費の観点で好ましくない。そのため、車両軸トルクが小さいときには内燃機関10を稼働せず、モータジェネレータ82のみで車両軸トルクを賄うのが好ましい。上記の規定操作量は、例えば、内燃機関10を高い燃焼効率で運転させることが可能な車両軸トルクの最小値に対応するアクセル操作量ACCである。
<単独始動制御>
制御装置100が車両90の走行モードを第2モードから第1モードに切り替えた後、さほど間を置かずに第2モードへの切り替え要求が生じることがある。これは、乗員がアクセルペダル94を踏み込んだ状態から一旦は当該アクセルペダル94を解放したものの、乗員が再加速を指示すべく再度アクセルペダル94を踏み込むシーン(以下、再要求シーンと記す。)に相当する。なお、上記のとおり、走行モードが第1モードである場合、制御装置100は、クラッチ81を切断状態にするとともに内燃機関10を停止させる。つまり、再要求シーンでは、クラッチ81が切断状態であり、且つ点火プラグ19による点火及び各インジェクタによる燃料噴射を停止している状態で、走行モードを第2モードへ切り替える要求、すなわち内燃機関10の始動要求が生じることになる。
再要求シーンにおいて、乗員がアクセルペダル94を解放した後に再加速を指示するタイミングが相応に早いとする。この場合、再加速を指示するタイミング、すなわち内燃機関10の始動要求が生じたときにクランク軸14は未だ停止しておらず惰性で回転している。内燃機関10に対する始動要求が生じたときの機関回転速度NEが第1規定回転速度以上、且つ第2規定回転速度未満である場合、制御装置100は単独始動制御を行う。この単独始動制御は、モータジェネレータ82によるトルクのアシストを利用することなく、内燃機関10自身のトルクのみで内燃機関10を再始動させるための制御である。なお、制御装置100が単独始動制御を実行すると、クランク軸14は第2規定回転速度以上まで上昇する。この単独始動制御の実行完了後、制御装置100は、クラッチ81を接続状態にする。
上記の第1規定回転速度は、モータジェネレータ82によるアシスト無しでも内燃機関10を始動させることができる機関回転速度NEの最大値として、例えば実験又はシミュレーションで予め定められている。上記の第2規定回転速度は、内燃機関10が自立して運転可能な最小限の機関回転速度NE、すなわちアイドル回転速度である。
制御装置100は、単独始動制御では、例えば内燃機関10の2サイクルといった、予め定められた個数の気筒11を対象にして混合気の燃焼を繰り返す。その間、制御装置100は、つぎのような態様で燃料噴射及び点火を行う。単独始動制御では、内燃機関10自身で大きなトルクを出す必要がある。内燃機関10のトルクを大きくする上では、点火プラグ19の点火時期を早めることが有効である。この点を踏まえ、制御装置100は、単独始動制御では、点火対象となる気筒11の圧縮上死点以降の極力早いタイミングで点火を行う。また、制御装置100は、単独始動制御では、筒内インジェクタ18に燃料を噴射させる。ここで、例えば燃料が自然着火する所謂プレイグニッションを避ける上では、燃料の噴射時期を点火時期に極力近づけることが好ましい。そこで、制御装置100は、圧縮行程のうち、圧縮上死点に極力近いタイミングであって、且つ点火プラグ19による点火前に要求噴射量を噴射しきることができるタイミングで燃料を噴射させる。なお、単独始動制御における要求噴射量は、機関回転速度NEが高いほど大きくなっている。これは、機関回転速度NEが高いほど吸気量が多くなることとの兼ね合いによる。すなわち、気筒11内の混合気をより理論空燃比に近い状態にして燃焼させることを狙っている。ただし、内燃機関10のトルクを大きくする必要上、要求噴射量は、気筒11内の空燃比が理論空燃比よりもリッチになる量が設定してある。
<初回噴射制御の概要>
制御装置100は、単独始動制御の一環として初回噴射制御を実行可能である。この初回噴射制御は、単独始動制御のうち、初爆させる気筒(以下、初爆気筒と記す。)に対する燃料噴射を担う制御である。初爆とは、内燃機関10の始動要求があってから初回に混合気を燃焼させることである。
制御装置100は、初回噴射制御では、第1処理、第2処理、第3処理、及び第4処理を行う。
制御装置100は、第1処理では、4つの気筒11のうち、内燃機関10の始動要求があったときに圧縮行程にある気筒11である対象気筒を判別する。以下では、対象気筒に燃料を噴射する筒内インジェクタ18を対象インジェクタと呼称する。
制御装置100は、第2処理では、図3に示すように、要求噴射位置YCRを算出する。要求噴射位置YCRは、仮に対象気筒で混合気を燃焼させる場合に対象インジェクタに燃料噴射を開始させるクランク位置である。制御装置100は、要求噴射位置YCRを算出する上で必要な情報として、噴射マップを予め記憶している。噴射マップは、機関回転速度NEと、燃圧Pと、設定回転量との関係を表したものである。設定回転量は、要求噴射量を筒内インジェクタ18が噴射しきるのに要する時間の長さを、クランク軸14の回転量で表したものである。クランク軸14の回転量は、クランク軸14がある回転位置から別の回転位置に回転する間のクランク軸14の回転角度の大きさである。上記のとおり、機関回転速度NEが高いほど要求噴射量は多くなる。このこととの兼ね合いで、噴射マップでは、燃圧Pが同じであれば、機関回転速度NEが高いほど設定回転量は大きくなっている。また、噴射マップでは、機関回転速度NEが同じであれば、燃圧Pが高いほど設定回転量は小さくなっている。これは、燃圧Pが高いほど単位時間当たりに筒内インジェクタ18から噴射できる燃料の量が多いことを反映している。噴射マップは、例えば実験又はシミュレーションを基に作成してある。なお、要求噴射位置YCRの算出方法の詳細は後述する。
制御装置100は、第3処理では、開始クランク位置WCRを算出する。図3に示すように、開始クランク位置WCRは、要求噴射位置YCRから規定回転量Kだけ進角したクランク位置である。なお、進角は、ある時点に対してクランク位置を遡ることである。また、遅角は進角の逆である。さて、制御装置100が筒内インジェクタ18に対して燃料噴射を指示する指令信号Zを出力してから実際に筒内インジェクタ18が燃料噴射を開始するまでに要す時間の長さを必要期間と呼称する。規定回転量Kは、この必要期間をクランク軸14の回転量で表したものである。なお、図3では、規定回転量Kを誇張して表している。制御装置100は、開始クランク位置WCRを算出する上で必要な上記の規定回転量Kを算出するための情報として、規定マップを予め記憶している。図4に示すように、規定マップは、機関回転速度NEと規定回転量Kとの関係を表したものである。ここで、時間を尺度とした上記の必要期間は、機関回転速度NEに拘わらず略一定である。一方で、ある一定時間が経過する間におけるクランク軸14の回転量は、機関回転速度NEが高いほど大きくなる。そのため、規定回転量Kは、機関回転速度NEが高いほど大きくなっている。規定マップは、例えば実験又はシミュレーションを基に作成してある。
制御装置100は、第4処理では、内燃機関10の始動要求があったときのクランク位置(以下、判断位置と記す。)GCRが開始クランク位置WCRに対して進角したクランク位置である場合に限って対象インジェクタに燃料を噴射させる。すなわち、制御装置100は、開始クランク位置WCRで、対象インジェクタに対して燃料噴射を指示する指令信号Zを出力する。
<初回噴射制御の具体的な処理内容>
制御装置100は、再要求シーンで内燃機関10の始動要求があると、機関回転速度NEが第1規定回転速度以上、且つ第2規定回転速度未満であることを条件に、速やかに単独始動制御を開始する。制御装置100は、単独始動制御を開始すると、当該制御の一環である初回噴射制御を開始する。
図5に示すように、制御装置100は、初回噴射制御を開始すると、先ずステップS10の処理を実行する。ステップS10において、制御装置100は、4つの気筒11のうち、現状で圧縮行程にある気筒11である対象気筒を判別する。上記のとおり、制御装置100は、常に各気筒11の位相を把握している。制御装置100は、その情報に基づいて、対象気筒を判別する。制御装置100は、対象気筒を判別すると、処理をステップS20に進める。なお、ステップS10の処理は、第1処理である。
ステップS20において、制御装置100は、対象インジェクタに対する要求噴射位置YCRを算出する。制御装置100は、要求噴射位置YCRを算出するにあたり、先ず設定回転量を算出する。具体的には、制御装置100は、最新の機関回転速度NE及び最新の燃圧Pを参照する。また、制御装置100は、噴射マップを参照する。そして、制御装置100は、噴射マップにおいて最新の機関回転速度NE及び最新の燃圧Pに対応する設定回転量を算出する。また、制御装置100は、対象気筒がこの後圧縮上死点に至るときのクランク位置を把握する。そして、制御装置100は、対象気筒が圧縮上死点となるクランク位置から、上記の設定回転量だけ進角したクランク位置を要求噴射位置YCRとして算出する。制御装置100は、要求噴射位置YCRを算出すると、処理をステップS30に進める。なお、ステップS20の処理は、第2処理である。ここで、制御装置100は、内燃機関10の始動要求があってから速やかに本ステップS20の処理を行う。このことから、制御装置100は、ステップS20で参照する機関回転速度NEを、内燃機関10の始動要求があったときの機関回転速度NEとして取り扱う。燃圧Pについても同様である。
ステップS30において、制御装置100は、開始クランク位置WCRを算出する。制御装置100は、開始クランク位置WCRを算出するにあたり、先ず規定回転量Kを算出する。具体的には、制御装置100は、図4に示すような規定マップを参照する。そして、制御装置100は、規定マップにおいて、ステップS20で参照した機関回転速度NEに対応する規定回転量Kを算出する。制御装置100は、規定回転量Kを算出すると、ステップS20で算出した要求噴射位置YCRから規定回転量Kだけ進角したクランク位置を開始クランク位置WCRとして算出する。制御装置100は、開始クランク位置WCRを算出すると、処理をステップS40に進める。なお、ステップS30の処理は、第3処理である。
ステップS40において、制御装置100は、現状のクランク位置が、開始クランク位置WCRに対して進角したクランク位置であるか否かを判定する。この判定を行うにあたり、制御装置100は、ステップS30で算出した開始クランク位置WCRと、最新のクランク位置とを参照する。ステップS20で説明した機関回転速度NEと同様、制御装置100は、このとき参照するクランク位置を、内燃機関10の始動要求があったときのクランク位置、すなわち判断位置JCRとして取り扱う。制御装置100は、判断位置JCRが開始クランク位置WCRに対して進角したクランク位置である場合(ステップS40:YES)、処理をステップS50に進める。この場合、ステップS50において、制御装置100は、4つの気筒11のうち、初爆気筒として対象気筒を選択する。そして、制御装置100は、ステップS30で算出した開始クランク位置WCRを信号出力位置に決定する。この後、制御装置100は、処理をステップS60に進める。
一方、ステップS40において、制御装置100は、判断位置JCRが開始クランク位置WCRに対して遅角したクランク位置である場合(ステップS40:NO)、処理をステップS55に進める。制御装置100は、判断位置JCRが開始クランク位置WCRと同じである場合も、処理をステップS55に進める。これらの場合、ステップS55において、制御装置100は、4つの気筒11のうち、初爆気筒として、対象気筒の次に圧縮行程を迎える気筒11を選択する。そして、制御装置100は、開始クランク位置WCRに対して180度遅角したクランク位置を信号出力位置に決定する。この後、制御装置100は、処理をステップS60に進める。
ステップS60において、制御装置100は、最新のクランク位置と、ステップS50又はステップS55で算出した信号出力位置とを比較する。制御装置100は、最新のクランク位置と信号出力位置とが不一致の場合(ステップS60:NO)、再度ステップS60の処理を行う。制御装置100は、最新のクランク位置と信号出力位置とが一致するまでステップS60の処理を繰り返す。制御装置100は、最新のクランク位置と信号出力位置とが一致すると(ステップS60:YES)、処理をステップS70に進める。
ステップS70において、制御装置100は、初爆気筒として選択した気筒11に対応する筒内インジェクタ18を対象として、燃料噴射を指示する指令信号Zを出力する。この後、制御装置100は、要求噴射量分の燃料噴射が完了する適切なクランク位置で指令信号Zの出力を停止する。そして、制御装置100は、初回噴射制御の一連の処理を終了する。なお、ステップS40、ステップS50、ステップS55、ステップS60、及びステップS70の処理は、第4処理である。なお、制御装置100は、初回噴射制御を終了すると、単独始動制御の他の制御を開始する。他の制御は、点火の制御、2回目以降の燃料噴射の制御等である。
<実施形態の作用>
制御装置100が筒内インジェクタ18に対して燃料噴射を指示する指令信号Zを出力してから実際に筒内インジェクタ18が燃料噴射を開始するまでには次の過程がある。先ず、駆動回路73が動作する。例えば、スイッチがオンに切り替わる。そして、電磁ソレノイド18Aに通電が始まる。この後、電磁ソレノイド18Aに流れる電流値が徐々に高まる。この電流値がある程度大きくなると、弁体18Bが噴射位置へと動く。そして、筒内インジェクタ18が燃料噴射を開始する。この一連の過程には、相応に時間がかかる。ここで、制御装置100が筒内インジェクタ18に対して指令信号Zを出力したときにクランク軸14が回転している状況下では、上記の一連の過程の間もクランク軸14は回転し続ける。規定回転量Kは、上記の一連の過程の間におけるクランク軸14の回転量である。この規定回転量Kを加味したクランク位置として開始クランク位置WCRは設定してある。すなわち、図3に示すように、開始クランク位置WCRは、要求噴射位置YCRから規定回転量Kの分だけ進角したクランク位置である。したがって、開始クランク位置WCRで指令信号Zを出力できれば、指令信号Zを出力してから対象インジェクタが燃料噴射を開始するまでの遅延を、クランク軸14が規定回転量Kを回転する期間で相殺できる。そしてそれによって、対象インジェクタは、要求噴射位置YCRで燃料噴射を開始できる。要求噴射位置YCRで燃料噴射を開始できれば、対象インジェクタは、点火前までに燃料噴射を完了できる。
そこで、制御装置100は、図3の例に示すように、内燃機関10の始動要求時のクランク位置である判断位置JCRが、開始クランク位置WCRに対して進角側である場合、開始クランク位置WCRで指令信号Zを出力する。一方、図3の点線Aで示すように、制御装置100は、判断位置が開始クランク位置WCRに対して遅角側である場合、対象インジェクタに対する指令信号Zの出力を見送る。この場合、対象気筒の次に圧縮行程を迎える気筒11において、初爆が行われる。
<実施形態の効果>
(1)上記作用に記載したとおり、制御装置100は、対象インジェクタに対する信号出力が、点火前までに燃料噴射を完了させる上で必要な信号出力のタイミングに間に合う場合には、対象インジェクタに燃料を噴射させる。この場合、制御装置100は、内燃機関10の始動要求があった後、可能な限り早いタイミングで初爆を行うことができる。このことで、内燃機関10の速やかな始動が可能になる。一方、制御装置100は、対象インジェクタに対する信号出力が上記タイミングに間に合わない場合には、対象インジェクタでの燃料噴射をキャンセルする。このことにより、対象インジェクタが無駄に燃料を噴射することを回避できる。
(2)筒内インジェクタ18に対して指令信号Zを出力してから筒内インジェクタ18が実際に燃料噴射を開始するまでの上記必要期間は、機関回転速度NEに拘わらず略一定である。一方で、上記のとおり、時間を尺度とした上記必要期間が同じであっても、機関回転速度NEが異なれば、クランク軸14の回転量である規定回転量Kは異なる。本実施形態は、このような、機関回転速度NEに応じた規定回転量Kの違いを開始クランク位置WCRの算出に反映させている。したがって、開始クランク位置WCRが正確になる。
<変更例>
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・規定回転量Kは、必要期間に見合ったクランク軸14の回転量でなくてもよい。例えば、規定回転量Kを、必要期間よりも短い期間に相当するクランク軸14の回転量としてもよい。また、規定回転量Kは、機関回転速度NEに応じて大きくなっていなくてもよい。規定回転量Kを、機関回転速度NEの大小に拘わらずある一定の固定値としてもよい。指令信号Zを出力してから筒内インジェクタ18が燃料噴射を開始するまでの遅延を少なからず相殺するクランク軸14の回転量が設定してあれば、規定回転量Kの大小は問わない。
・要求噴射位置YCRの定め方は、上記実施形態の例に限定されない。要求噴射位置YCRは、点火時期から設定回転量分だけ進角したクランク位置でもよい。また、要求噴射位置YCRを算出する際に使用する設定回転量を、要求噴射量を噴射するのに見合ったクランク軸14の回転量とすることは必須ではない。設定回転量を、要求噴射量を噴射しきるのに要する期間のみならず、排気エミッション等、他の要素を考慮した値として定めてもよい。設定回転量を用いずに要求噴射位置YCRを算出してもよい。例えば、機関回転速度NEと燃圧Pと要求噴射位置YCRとの関係を定めたマップを予め作成しておいてもよい。そして、そのマップから直接、要求噴射位置YCRを算出してもよい。単独始動制御を行う際の燃圧Pがある程度一意の値に定まることが予め判っているのであれば、上記マップは、機関回転速度NEと要求噴射位置YCRとの関係のみを定めたものでもよい。要求噴射位置YCRは、機関回転速度NEに基づいて算出したものであればよい。
・対象インジェクタによる燃料噴射を見送って、次に圧縮行程を迎える気筒11で燃料噴射を行う場合、その気筒11の筒内インジェクタ18に対して指令信号Zを出力するクランク位置は、上記実施形態の例に限定されない。すなわち、このクランク位置を、開始クランク位置WCRから180度遅角したクランク位置とするのではなく、別途適切なクランク位置を設定してもよい。
・単独始動制御の開始条件となる機関回転速度NEの範囲は、上記実施形態の例に限定されない。つまり、第1規定回転速度及び第2規定回転速度は、上記実施形態の例に限定されない。第1規定回転速度はゼロよりも大きければよい。単独始動制御を行うことでモータジェネレータ82のアシスト無しで内燃機関10を始動できるように、内燃機関10の始動要求があったときの機関回転速度NEに応じて要求噴射量、噴射時期、点火時期等を定めればよい。
・第1モードから第2モードへの切り替えの閾値となる規定操作量の定め方は、上記実施形態の例に限定されない。規定操作量は、車両90の燃費及び電費を踏まえて適切な状況で走行モードを切り替えられる値であればよい。
・内燃機関10の構成は、上記実施形態の例に限定されない。例えば、気筒11の数を変更してもよい。内燃機関10は、複数の気筒11、気筒11毎の筒内インジェクタ18、及びクランク軸14を有していればよい。
・筒内インジェクタ18の構成は、上記実施形態の例に限定されない。筒内インジェクタ18は、電磁ソレノイド18Aに代えて、例えば、電圧の印加に応じて伸縮する圧電素子を採用したものでもよい。この場合でも、制御装置100が燃料噴射を指示する指令信号Zを出力してから弁体18Bが動作して実際に燃料噴射が開始されるまでには遅延がある。この遅延を相殺する上で必要な規定回転量Kを設定しておけばよい。
・センサプレート167の構成は、上記実施形態の例に限定されない。欠歯部169の位置の定め方が、上記実施形態の態様とは異なっていてもよい。例えば、第2気筒#2のピストン12が圧縮上死点に至る前後で欠歯部169がクランクポジションセンサ61と向かい合うように、欠歯部169の位置が定めてあってもよい。また、センサプレート167における歯168の並び方が上記実施形態の態様とは異なっていてもよい。センサプレート167は、クランク位置及び気筒11の位相の判別ができるように構成されていればよい。
・センサプレート167と同様、第1ロータプレート31の構成は、上記実施形態の例に限定されない。第1ロータプレート31は、吸気カム軸25の回転位置、及び気筒11の位相を把握できるように構成されていればよい。第2ロータプレートについても同様である。
・気筒11の位相を判別する方法は、上記実施形態の例に限定されない。センサプレート167、第1ロータプレート31、及び第2ロータプレートの構成に応じて、気筒11の位相の判別方法は変わる。気筒11の位相を適切に判別できるのであれば、その手法はト問わない。センサプレート167、第1ロータプレート31、及び第2ロータプレートの回転の推移からわかる情報を適宜組み合わせて気筒11の位相を判別すればよい。
・車両90の全体構成は、上記実施形態の例に限定されない。車両90は、内燃機関10から駆動輪72に至る動力伝達経路上にモータジェネレータ82が位置しており、且つ、内燃機関10とモータジェネレータ82との間にこれらを断接するクラッチ81が介在していればよい。例えば、有段式の自動変速機85の代わりに無段式の自動変速機を採用してもよい。
10…内燃機関
11…気筒
14…クランク軸
18…筒内インジェクタ
72…駆動輪
81…クラッチ
82…モータジェネレータ
82A…回転軸
90…車両
100…制御装置

Claims (2)

  1. 複数の気筒と、前記気筒毎に設けられているとともに前記気筒内に燃料を直接噴射するインジェクタ、及びクランク軸を備えた内燃機関と、
    前記内燃機関から駆動輪へと至る動力伝達経路上に位置し、回転軸を備えた電動機と、
    前記内燃機関及び前記電動機の間に介在し、前記クランク軸及び前記回転軸を接続した接続状態、又は前記クランク軸及び前記回転軸を切り離した切断状態に切り替わるクラッチと、を有する車両に適用され、
    前記クラッチが前記切断状態であり、且つ前記クランク軸の回転速度がゼロよりも大きな値として定められた規定回転速度以上であり、且つ前記インジェクタによる燃料噴射を停止している状態で、前記内燃機関の始動要求があった場合、
    前記複数の気筒のうち、前記始動要求があったときに圧縮行程にある気筒である対象気筒を判別する第1処理と、
    前記対象気筒に燃料を噴射するインジェクタを対象インジェクタとしたとき、仮に前記対象気筒で燃料を燃焼させる場合に前記対象インジェクタに燃料噴射を開始させる前記クランク軸の回転位置である要求噴射位置を前記クランク軸の回転速度に基づいて算出する第2処理と、
    前記要求噴射位置から規定回転量だけ進角した前記クランク軸の回転位置を開始クランク位置として算出する第3処理と、
    前記始動要求があったときの前記クランク軸の回転位置が前記開始クランク位置よりも進角側である場合に限って、前記開始クランク位置で、前記対象インジェクタに対して燃料噴射を指示する指令信号を出力する第4処理とを実行する
    車両の制御装置。
  2. 前記規定回転量は、前記クランク軸の回転速度が高いほど大きい
    請求項1に記載の車両の制御装置。
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