JP3500999B2 - 車両のエンジン始動制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車などの車両
のエンジン始動制御方法に関し、特にエンジンとモータ
とを車両の駆動力源として備えたハイブリット車やアイ
ドリング時にエンジンを自動的に停止させておくアイド
ルストップ車におけるエンジン自動始動時に好適な車両
のエンジン始動制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンとモータとを車両の動力源とし
て備えたハイブリット車におけるモータ走行中からエン
ジン自動始動に関する技術として例えば特開平６−１７
７２７号公報に記載された技術が知られている。この従
来例は、車両の駆動系と直結されたモータにクラッチを
介してエンジンが連結されており、モータ単独での走行
からエンジンを始動させる際にはクラッチを接続させる
と共にモータの出力を大きくするように補正してエンジ
ン始動時のショックの発生を防止するものとなってい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例はエンジン自動始動時にモータの出力の一部がエン
ジンを始動させるために消費されることによって車両駆
動用トルクが落ち込む現象をモータの出力を増大させる
ことにより補償するものであり、エンジン燃焼開始前後
に発生するショックまでは十分に抑制できないという問
題点がある。

【０００４】すなわち、上記従来例においてクラッチが
接続されてエンジンが回転を開始した状況下では、エン
ジンは車両の走行に対し抵抗となる所請負のトルクを生
じるが、この状態からエンジンの燃焼を開始するとエン
ジンは車両の走行に寄与する所謂正のトルクを生じるよ
うになり、急激なトルク段差によるショックが発生する
という問題点がある。

【０００５】このショックは車両の駆動系を通じて車体
に伝わり乗員に不快感を与えることになりかねない。特
にこのようなショック発生の原因となるエンジンの燃焼
開始は、運転者の意識的な操作によって発生するもので
はないため上記のようなショックは運転者にとって大き
く感じ易い。

【０００６】また、アイドルストップ車におけるエンジ
ン自動始動時のショックはキー操作による始動時と大差
ないが、運転者の意識的な操作によらない自動的なエン
ジン始動時のショックをことさら大きく感じてしまうと
いう点では上述のハイブリッド車の場合と同様の問題が
ある。

【０００７】したがって、本発明の目的はエンジンの始
動時のショックの発生を抑制することができる車両のエ
ンジン始動制御方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために請求項１に記載の車両のエンジン始動制
御方法は、運転者のキー操作によらず自動的にエンジン
を始動させる際にエンジンを圧縮リーン運転モードにす
ると共に、燃料供給開始時に、燃料噴射時期と点火時期
を、エンジンの安定燃焼が可能な領域内でかつ正味平均
有効圧力が低くなるタイミングとなるよう遅角して運転
する。図２に示されるように圧縮リーン運転時のエンジ
ンは、燃料噴射時期と点火時期とを遅角することによ
り、失火することなく安定して燃焼することができる。
本発明では、圧縮行程中に燃料が燃焼室内に直接噴射さ
れてリーン空燃比でエンジンが運転されるため、極めて
少量の燃料でエンジンを安定に燃焼開始させることが可
能となり、燃焼開始時のエンジン出力を抑制することが
できるので、エンジンの燃焼開始時におけるショックの
発生を抑制することが可能となる。そしてエンジンの燃
焼開始時の燃焼噴射時期と点火時期の双方を遅らせるの
で、燃焼開始時のエンジンの出力トルクをより効果的に
抑制することが可能となる。このため、より一層確実に
ショックの発生を抑制することが可能となる。

【０００９】本発明の好適は態様としては、エンジンと
モータとを車両の駆動力源として備えたハイブリッド車
において、車両走行中にエンジンを自動的に始動させる
場合に適用するのが望ましく、このような場合には特に
トルク段差が発生し易いので、ショック抑制効果が高く
なる。

【００１０】

【００１１】本発明の好適な態様としては、請求項２に
記載したように、上記圧縮リーン運転モードで運転した
後に、燃料噴射時期及び点火時期を進角し、その後に上
記均一燃焼運転モードに切り換えることにより、エンジ
ンの出力トルクを徐々に増加させるのが望ましい。この
場合、エンジンの燃焼開始時に乗員に与えるショックを
抑制できるとともに、よりスムーズに加速に移行するこ
とが可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図１ないし図４を参照して説明する。

【００１３】内燃機関としてのエンジンとモータとを組
合わせて走行する車両、所謂ハイブリット車１は、図１
に示すように、火花点火式のエンジン２と、モータ及び
発電機として機能するモータ／ジェネレータ３と、駆動
輪としての車輪４，４と、アクセル開度検出手段５と、
車速検出手段６と、エンジン回転数検出手段７と、クラ
ンク角検出手段１６と、キースイッチ２２と、制御手段
としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit ）８などを
備えている。

【００１４】エンジン２は、その燃焼室内に燃料を直接
噴射する燃料噴射手段としてのインジェクタ１０などを
備えている。インジェクタ１０は、エンジン２の燃焼室
内に直接燃料を噴射可能に構成されている。インジェク
タ１０は、燃料の単位時間当たり噴射量が略一定となる
構成となっており、ＥＣＵ８などから噴射時間を制御さ
れることによって、燃焼室内に噴射する燃料量を制御す
る。

【００１５】エンジン２は、圧縮行程中に燃焼室内にイ
ンジェクタ１０から燃料が直接噴射されて所定のリーン
空燃比（３０〜５０）で運転される圧縮リーン運転モー
ドと、吸気行程中に燃焼室内に燃料が供給されて圧縮リ
ーン運転モード時より濃い空燃比（１２〜２３）で運転
される均一燃焼運転モードと、が切替え可能に構成され
ている。

【００１６】また、エンジン２には、点火装置９が設け
られており、前述のＥＣＵ８によって、その作動時期が
制御されることによって、エンジン２の点火時期が制御
される。

【００１７】エンジン２は、その出力軸１１が、クラッ
チ１２を介してモータ／ジェネレータ３と接続してい
る。クラッチ１２は、前述のＥＣＵ８によりその作動が
制御されエンジン２とモータ／ジェネレータ３との間の
動力の伝達を接離する。エンジン２及びモータ／ジェネ
レータ３は、デファレンシャルギヤ１３などを介して車
軸１４及び左右一対の車輪４，４と接続している。

【００１８】また、モータ／ジェネレータ３とデファレ
ンシャルギヤ１３との間には発進クラッチ２１が設けら
れており、発進クラッチ２１は、通常は接状態にありエ
ンジン２運転中の停車時や停車中のエンジン２始動時に
は断状態とされる。車輪４，４、デファレンシャルギヤ
１３及び車軸１４は、本明細書に記した駆動系部材をな
している。

【００１９】モータ／ジェネレータ３は、電気モータと
発電機との双方の機能を有しており、電気モータとして
機能する際にはデファレンシャルギヤ１３と車軸１４な
どを介して車輪４，４を駆動するとともに、発電機とし
て機能する際にはエンジン２または車軸１４などから伝
達される駆動力を用いて発電を行って、図示しないバッ
テリを充電する。

【００２０】アクセル開度検出手段５は、アクセルペダ
ルのオン・オフ操作及び操作量を検出して、ＥＣＵ８に
向ってアクセル開度信号Ａｃを出力する。車速検出手段
６は、車輪４などの回転などを検出可能な周知の車速セ
ンサなどであって、ＥＣＵ８に向って車速信号Ｖｓを出
力する。エンジン回転数検出手段７は、エンジン２のク
ランク軸の回転数を検出して、ＥＣＵ８に向ってエンジ
ン回転数信号Ｎｅを出力する。クランク角検出手段１６
は、クランク軸の角度とカム軸の角度とから７２０度の
範囲内のエンジン２のクランク角を検出し、ＥＣＵ８に
クランク角信号Ｃａを出力する。また、キースイッチ２
２は運転者のキー操作によるエンジン始動要求信号Ｋｙ
を検出する。

【００２１】ＥＣＵ８は、前述した信号Ａｃ，Ｖｓ，Ｎ
ｅ，Ｃａ，Ｋｙなどに基いて、モータ／ジェネレータ
３、点火装置９、クラッチ１２、発進用クラッチ２１及
びインジェクタ１０などの動作を制御する。

【００２２】まず、エンジン２に対する始動制御の概要
を説明すると、ＥＣＵ８は、キースイッチ２２の操作に
基づいてエンジン２の始動要求がなされた場合、すなわ
ち運転者の意志により始動が要求された場合は、エンジ
ン２の始動性を優先してエンジン２を均一燃焼運転モー
ドで始動させる。また、キースイッチ２２の操作によら
ずＥＣＵ８がエンジン始動を自動的に要求する場合、す
なわち、運転者の意識的な操作によらず自動的にエンジ
ンを始動させる場合は、始動時のショック抑制を優先し
て圧縮リーン運転モードでエンジンを始動させる。

【００２３】続いて、自動的にエンジンを始動させる場
合の詳細について説明する。

【００２４】ＥＣＵ８は、ハイブリット車１がモータ／
ジェネレータ３単独で走行可能な際や、エンジン２が作
動中でも減速する際や下り坂を走行する際は、エンジン
２の燃焼室内への燃料噴射を停止するようインジェクタ
１０を制御する。ＥＣＵ８は、インジェクタ１０からの
燃料噴射を停止した状態ではエンジン２をクラッチ１２
により駆動系部材から切り放す。そして、エンジン２を
停止させた状態でモータ／ジェネレータ３の出力のみ用
いて走行する。このモータ／ジェネレータ３単独での走
行状態で、例えばアクセルペダルが操作されモータ／ジ
ェネレータ３の出力以上の加速が要求されると、エンジ
ン２をクラッチ１２により駆動系部材に接続し、燃焼室
内への燃料の供給を開始するよう、インジェクタ１０を
制御するとともに点火装置９を作動させてエンジン２を
始動させる。

【００２５】ＥＣＵ８は、燃焼室内への燃料噴射を開始
する際には、エンジン２を前述した圧縮リーン運転モー
ドで運転する。このとき、ＥＣＵ８は、燃料の噴射時期
と点火時期とのうち少くとも一方を、後述するＭＢＴ進
角と比較して遅らせるようになっている。本実施形態に
おいて、ＥＣＵ８は、図２に示すように、燃料の噴射時
期と点火時期との両方とも遅らせて、インジェクタ１０
及び点火装置９を制御する。

【００２６】図２において、横軸は、燃料噴射の終了時
期を示しており、図中の左に向うにしたがって噴射終了
時期が遅くなっているとともに右に向うにしたがって噴
射終了時期が早くなっている。縦軸は、点火時期を示し
ており、図中の下方に向うにしたがって点火時期が遅く
なっているとともに上方に向うにしたがって点火時期が
早くなっている。これらの噴射終了時期と点火時期と
は、クランク軸の回転角度を示している。

【００２７】また、図２において、曲線Ｐe1，Ｐe2，Ｐ
e3，Ｐe4は、エンジン２の出力トルクに対応する正味平
均有効圧力を示している。これらの曲線Ｐe1，Ｐe2，Ｐ
e3，Ｐe4は、順に大きくなっている。

【００２８】図２中の二点鎖線Ｐで包囲した領域Ｒは、
圧縮リーン運転時のエンジン２が失火することなく安定
して燃焼する領域を示しており、この領域Ｒの外側の領
域は、エンジン２が失火して安定した燃焼が困難な領域
となっている。

【００２９】ＥＣＵ８は、エンジン２を始動させる際に
は、図３に示すように、まずアクセルペダルなどが操作
されてアクセル開度検出手段５からアクセル開度信号Ａ
ｃが入力してクラッチ１２がエンジン２とモータ／ジェ
ネレータ３との間の動力の伝達を接続する。このクラッ
チ１２の動力の伝達を接続するとエンジンのクランク軸
は車軸１４などの車両の駆動系部材及びモータ／ジェネ
レータ３とともに回転する。

【００３０】クラッチ１２の接続により、エンジン回転
数が上昇を開始してエンジン回転数信号Ｎｅが例えば１
５００ｒｐｍなどの所定回転数Ｎを超えると、エンジン
２の安定した燃焼が可能な領域Ｒ内でかつ噴射終了時期
と点火時期とが最小値近傍となる比較的遅い所定の遅角
位置としての図２中の正味平均有効圧力が低い点Ｄ１で
示すタイミングでインジェクタ１０が噴射可能な最小噴
射量Ｑの燃料を噴射して点火する。

【００３１】その後、燃料噴射時期及び点火時期を徐々
に早める。時間の経過とともに前記点Ｄ１で示したタイ
ミングより早い図２中の点Ｄ２に示すタイミングに燃料
噴射時期及び点火時期を移行させ、さらに時間の経過と
ともに早い図２中の点Ｄ３に示すタイミングで燃料を噴
射して点火する。そして、燃料噴射時期及び点火時期を
進角させる過程では、正味平均有効圧力が徐々に高くな
りエンジン２の出力トルクが徐々に上昇することにな
る。

【００３２】なお、図２中に示す点Ｄ３は、圧縮リーン
運転時のエンジン２のクランク軸から出力されるトルク
が最大となる最小点火進角所謂ＭＢＴ（Minimum Spark
Advance for Best Torque ）進角となるタイミングを示
している。

【００３３】 このように、ＥＣＵ８は、エンジン２の
燃焼を開始する燃料供給開始時の燃料噴射時期に対応す
る点火時期を、点Ｄ１で示すようにＭＢＴ進角より遅れ
た所定の遅角位置となるタイミングとしている。

【００３４】その後、ＥＣＵ８は、インジェクタ１０か
ら燃焼室内に燃料をエンジン２の吸気行程中に噴射する
均一燃焼運転モードに切替える。均一燃焼運転モード切
替え後は点火時期を再び遅角して出力トルクの急増を抑
制し、その後、噴射量を増大させると共に点火時期を進
角させて出力トルクを上昇させる。なお、アクセルペダ
ルが踏込まれてから燃料噴射量を増大させるまでの遅れ
時間（図３中のＴ）は、１秒以内で応答性が問題になる
ことはなく、この間、図３にも示すように出力トルクは
最初は極低トルクで、その後、徐々に増大するので、シ
ョックの発生を抑制しながらスムーズな加速性が得られ
る。

【００３５】図４は、エンジン２の燃焼条件を変化させ
た場合において、吸気管内圧力の変化に対するエンジン
２の出力トルクに対応する平均有効圧力の変化を測定し
た結果を示す。

【００３６】その測定においては、図４中に黒四角で示
す本実施形態（以下本発明品と呼ぶ）に記載したＥＣＵ
８の燃焼制御方法によってエンジン２を燃焼させた場合
と、比較例ＡないしＤのそれぞれの場合の平均有効圧力
を測定した。

【００３７】図４中に実線で示す比較例Ａは、エンジン
２への燃料供給が停止されクラッチ１２が接続されてエ
ンジン２が回転したとき（エンジン２がモータリング状
態のとき）の平均有効圧力を示している。図４中に白丸
で示す比較例Ｂは、燃焼室内の混合気が理論空燃比所謂
ストイキオとなる量の燃料を噴射かつ点火時期をＭＢＴ
進角としたときの平均有効圧力を示している。

【００３８】図４中に黒丸で示す比較例Ｃは、ストイキ
オの混合気となる量の燃料を噴射しかつ点火時期をエン
ジン２の安定燃焼が可能な領域Ｒ内で遅らせた所謂点火
リタードしたときの平均有効圧力を示している。図４中
に三角で示す比較例Ｄは、吸気行程中にインジェクタ１
０が噴射可能な最小噴射量Ｑの燃料を噴射しかつ点火リ
タードしたときの平均有効圧力を示している。

【００３９】図４によれば、本発明品は、比較例Ａ（燃
焼開始前の状態に相当）との差が、比較例ＢないしＤな
どと比較して、約１／４から１／２近くになっている。
このため、本発明品は、例えばモータ／ジェネレータ３
の出力のみで走行した状態から、加速するためにアクセ
ルペダルなどを操作してエンジン２の燃焼を開始する際
のエンジン２の出力トルクの段差を抑制できることが明
らかである。

【００４０】本実施形態によれば、ハイブリット車１に
おいてモータ／ジェネレータ３の出力のみで走行した状
態から、エンジン２の燃焼を開始する際のエンジン２の
出力トルクを抑制できるので、燃焼開始前後のトルクの
段差を抑制してショックの発生を抑制することが可能と
なる。

【００４１】すなわち、圧縮リーン運転モードでは、圧
縮行程中に燃料を噴射するので、燃焼室内の点火プラグ
の近傍に比較的燃料の濃い層が形成される。このため、
より燃料噴射量を抑制したより希薄な混合気を用いても
エンジンの安定燃焼が可能となる。このため、エンジン
２の燃焼を開始する際のエンジン２の出力トルクをより
抑制でき、ショックの発生を抑制することが可能とな
る。

【００４２】さらに、エンジンの燃焼開始時の燃料噴射
終了時期と点火時期とをＭＢＴ進角より遅らせているの
で、エンジン２の燃焼を開始する際のエンジン２の出力
トルクをより一層抑制でき、ショックの発生をより一層
抑制することが可能となる。

【００４３】また、燃焼開始後は、徐々に燃焼噴射終了
時期と点火時期とを早めてやるので、よりスムーズに加
速に移行することが可能となって、ドライバに与える違
和感を抑制することが可能となる。

【００４４】前述した実施形態では、エンジン２と、モ
ータ／ジェネレータ３とを備えた所謂ハイブリット車１
について記載しているが、本発明は、ハイブリット車１
に限らず、例えば、アイドリング時に自動的にエンジン
を停止させ、アクセルペダルの踏込みを検出して自動的
にエンジンを始動させるアイドルストップ車両におい
て、エンジンを自動的に始動させる際に用いることもで
きる。

【００４５】

【発明の効果】請求項１に記載の本発明によれば、より
燃料噴射量を抑制したより希薄な混合気を用いても、エ
ンジンの安定燃焼が可能となる。このため、燃焼開始時
のエンジンの出力トルクを抑制することが可能となる。
したがって、自動的にエンジンを始動させる場合におけ
るショックの発生を抑制することが可能となる。本発明
ではエンジンを圧縮リーン運転モードにすると共に、燃
焼開始時の燃料噴射時期と点火時期とを遅らせるので、
燃焼開始時のエンジンの出力トルクをより確実に抑制す
ることができる。したがって、エンジンの燃焼開始時に
おけるショックの発生をより一層確実に抑制することが
可能となる。

【００４６】請求項２に記載の本発明によれば、請求項
１の効果にくわえ、エンジンの燃焼開始時に乗員に与え
るショックを抑制できるとともに、よりスムーズに加速
に移行することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態としてのハイブリット車の
構成を示すブロック図。

【図２】同実施形態の燃焼開始時の燃料噴射時期と点火
時期との関係を示す図。

【図３】同実施形態の燃焼開始時の処理の流れを示すタ
イムチャート。

【図４】同実施形態のエンジンと比較例との平均有効圧
力を示す図。

【符号の説明】

１…ハイブリット車（車両） ２…エンジン ４…車輪（駆動系部材） １３…デファレンシャルギヤ（駆動系部材） １４…車軸（駆動系部材） Ｄ１…所定の遅角位置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１ Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｂ ３０１Ｅ ３０１Ｊ Ｆ０２Ｎ 11/04 Ｆ０２Ｎ 11/04 Ｄ Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｂ６０Ｋ 6/04 ３１０ // Ｂ６０Ｋ 6/04 ３１０ ５３０ ５３０ Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｅ ＺＨＶ Ｂ６０Ｋ 6/04 ＺＨＶ (72)発明者 竹村 純 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動 車工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平10−212983（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−331682（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−141115（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−68341（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−93902（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−291729（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−93943（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 29/02 F02D 29/02 321 F02D 17/00 F02D 41/00 - 45/00 B60K 6/02 - 6/04 F02N 11/04

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮行程中に燃焼室内に燃料が直接噴射さ
   れてリーン空燃比で運転される圧縮リーン運転モードと
   吸気行程中に燃料が供給されて上記圧縮リーン運転モー
   ドより濃い空燃比で運転される均一燃焼運転モードとが
   切り換え可能なエンジンを有し、 運転者のキー操作によらず自動的に上記エンジンを始動
   させる際に上記エンジンを圧縮リーン運転モードにする
   と共に、燃料供給開始時に、燃料噴射時期と点火時期
   を、エンジンの安定燃焼が可能な領域内でかつ正味平均
   有効圧力が低くなるタイミングとなるよう遅角して運転
   することを特徴とする車両のエンジン始動制御方法。
2. 【請求項２】上記運転者のキー操作によらず自動的に上
   記エンジンを始動させる際に、上記エンジンを上記圧縮
   リーン運転モードで運転した後に、燃料噴射時期及び点
   火時期を進角し、その後に上記均一燃焼運転モードに切
   り換えることを特徴とする請求項１記載の車両のエンジ
   ン始動制御方法。