JP3921848B2

JP3921848B2 - エンジンの始動制御装置

Info

Publication number: JP3921848B2
Application number: JP32939898A
Authority: JP
Inventors: 宏明大金; 優大和田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-11-19
Filing date: 1998-11-19
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2018-11-19
Also published as: JP2000154749A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの始動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン始動時に、スロットル弁（補助空気用バイパス制御弁があるものはこの弁も併せて）を全閉とし、吸気管内の負圧が設定負圧よりも大きくなるまで燃料噴射を禁止することで、燃料の微粒化を促進させて始動性の向上とエミッション低減を図るものがある（特開平８−３２６５８４号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、吸気管内の負圧が設定負圧より大きくなっている状態では、クランキングを行うのに要求されるモータトルクが増大するため、バッテリの消費電力が大きくなる。クランキング時間が長引けば、エンジンが完爆（自立運転）に至る前にバッテリ上がりが生じる事態にもなりかねない。
【０００４】
一方、ＥＧＲ装置を備えるエンジンでは、減速時や始動時にＥＧＲ弁を開くことで、エンジンのポンピングロスを低減することができ、これによって減速時の回生エネルギー量を増加させたり、始動時のモータ消費電力を低減することで、エンジンの燃費を向上させるものがある（特開平８−１００６８９号公報参照）。
【０００５】
しかしながら、エンジンの始動時にＥＧＲ弁を開いた状態で、クランキングを行いつつ燃料噴射を行ったのでは、ＥＧＲにより吸気管に戻される空気量の分だけ、エアフローメータの空気流量の計測に誤差を生じ、目標空燃比の得られる燃料量を供給できずに始動性が不良になる。ＥＧＲ通路はエアフローメータ下流の吸気管に開口されているので、エアフローメータにより計測された空気流量に対して、目標空燃比がたとえば理論空燃比よりリッチになるように目標燃料量を演算したとき、ＥＧＲ流量の分だけ空燃比がリーン側にずれてしまうのである。
【０００６】
また、エンジンが完爆に至る前には、ＥＧＲ通路を通して未燃焼の燃料が吸気管に運ばれ、この燃料が吸気管内に付着して吸気管内が汚れることにもなる。特に極低温時の始動時においては、燃料増量が行われるので、以上の問題がより顕著に現れる。この問題を避けるべくＥＧＲ弁を閉じると、ポンピングロスが増加し、クランキング回転数が急激に低下し、エンジンの始動性を損なう。
【０００７】
そこで本発明は、エンジン始動時に燃料供給を禁止するとともに、ＥＧＲ弁を開きかつスロットル弁を全閉位置またはその近傍位置として、クランキングを行い、クランキング回転数が、完爆可能な回転数を超えたら、ＥＧＲ弁を全閉とし、かつスロットル弁を所定の開度まで開き、この状態で燃料噴射を開始することにより、クランキング回転数が、完爆可能な回転数に達するまでの時間を短縮させて早期に始動させることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、図１０に示すように、エンジン６１をクランキングするモータ６２と、エンジン６１に燃料を供給する手段６３と、排気管と吸気管を連通するＥＧＲ通路６４を開閉するＥＧＲ弁６５と、アクセルペダルとは独立してスロットル弁６６の開度を制御可能な装置６７と、エンジン始動時に前記燃料供給手段６３による燃料供給を禁止する手段６８と、この燃料供給禁止状態で前記ＥＧＲ弁６５を開きかつ前記スロットル弁６６を全閉位置またはその近傍位置として、前記モータ６２によりクランキングを行わせる手段６９とを備え、エンジンが完爆可能な回転数を所定値として設定し、クランキング回転数が、この所定値を超えたとき、前記ＥＧＲ弁を全閉位置かつ前記スロットル弁を所定の開度として、燃料供給の禁止を解除し、燃料供給を開始する。
【００１０】
第２の発明では、第１の発明において前記所定値をエンジン水温Ｔｗに応じ、エンジン水温Ｔｗが高いほど小さく設定する。
【００１１】
第３の発明では、第１の発明において前記ＥＧＲ通路の吸気管側開口部付近または前記吸気管のＥＧＲ通路開口部付近に吸気温度検出手段を備え、この吸気温度検出手段により検出される吸気温度Ｔａとエンジン水温Ｔｗに応じ、エンジン水温Ｔｗが高いほど、また吸気温度Ｔａが高いほど前記所定値を小さく設定する。
【００１２】
【作用・効果】
第１の発明によれば、燃料噴射を禁止した状態で、ＥＧＲ弁を開きかつスロットル弁を全閉位置（またはその近傍位置）として、クランキングを行うため、クランキングにより、エンジンがポンピングを行い、この過程で摩擦熱などをもらって温度上昇した比較的高温のガスが排気管に排出されるが、排気管に排出されたこの高温のガスの一部はＥＧＲ通路を経由して吸気管に導入され、再度シリンダ内に吸入される。これによって、スロットル弁を開いて新気を導入する場合よりも、吸気ポートや燃焼室周辺の温度が高くなる。また、ＥＧＲ弁を開くことによりクランキングトルクが減少するので、クランキング回転数の上昇が早くなり、冷却水温も上昇する。
【００１３】
このようにして第１の発明によれば、スロットル弁を閉じて低温の新気の吸入を避け、ＥＧＲ弁を開いて燃料分を含まない比較的高温の空気だけをシリンダに吸入させることで、クランキング回転数が完爆可能な回転数に達するまでの時間を短縮でき、かつＥＧＲ弁を開くといっても吸気管に導入されるガスに燃料分は含まれていないので、吸気管内への燃料付着が生じることもない。
【００１４】
第１の発明によれば、クランキング回転数が完爆可能な回転数を超えたら、燃料噴射を開始するので、供給燃料量はすべて完爆のために使われることになり、無駄な燃料供給を避けることができる。
【００１５】
完爆可能な回転数はエンジン水温が高いほど低くなるのであるが、第２の発明によれば、この特性に合わせた所定値の設定が可能となる。たとえば、所定値が一定であると、その一定の所定値を低いエンジン水温に対してマッチングした場合に、そのマッチング温度より実際のエンジン水温が高いときは、クランキング回転数が所定値を超えるのを待つまでもなく、その手前で完爆可能となるので、このときも、クランキング回転数が所定値を超えるのを待つことは、無駄にモータ駆動電力を消費することになる。この逆に、一定の所定値を高いエンジン水温に対してマッチングした場合に、そのマッチング温度より実際のエンジン水温が低いときは、完爆可能な回転数に達する前から燃料供給が開始されることになり、完爆に失敗して点火プラグのかぶりが生じたり、燃料分の含まれたガスが吸気管内に導入されることによって吸気管内の汚れが生じる。所定値が一定であるときは、このような問題が生じるのであるが、第２の発明によれば、このような問題を生じることがない。
【００１６】
同一の冷却水温においても、吸気温度が高ければ、供給燃料が気化しやすく、完爆が容易になるため、吸気温度が低い場合よりもクランキング回転数が低い状態で燃料供給を開始できる。この特性に着目して第３の発明では、同じエンジン水温でも吸気温度が高いほど完爆可能な回転数が小さくなるように設定するので、吸気温度が高いときは、そのぶん燃料供給の開始を早めることが可能となり、これによって完爆までの時間を短縮できる。また、完爆までの時間が短縮することにより、スタータモータの消費電力が低減するが、クランキング回転数の上昇も早く、モータ効率のよい点で運転できることより、さらに消費電力が低減でき、結果として燃費向上にもつながる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず図１に本発明が適用可能なハイブリッド車両の構成例を示す。これは走行条件に応じてエンジン（内燃機関）またはモータ（発電機を兼ねた回転電機）の何れか一方または双方の動力を用いて走行するパラレル方式のハイブリッド車両である。ハイブリッド車両では、基本的に比較的負荷の小さい運転域ではモータのみで走行し、負荷が増大するとエンジンを起動して所要の駆動力を確保し、必要に応じてモータとエンジンを併用することにより最大の駆動力を発揮させられるようになっている。
【００１８】
図１において、太い実線は機械力の伝達経路を示し、太い破線は電力線を示している。また、細い実線は制御線を示し、二重線は油圧系統を示す。
【００１９】
この車両のパワートレインは、モータ１、エンジン２、クラッチ３、モータ４、無段変速機５、減速装置６、差動装置７および駆動輪８から構成される。モータ１の出力軸、エンジン２の出力軸およびクラッチ３の入力軸は互いに連結されており、また、クラッチ３の出力軸、モータ４の出力軸および無段変速機５の入力軸は互いに連結されている。
【００２０】
クラッチ３締結時はエンジン２とモータ４が車両の推進源となり、クラッチ３解放時はモータ４のみが車両の推進源となる。エンジン２またはモータ４の駆動力は、無段変速機５、減速装置６および差動装置７を介して駆動輪８へ伝達される。無段変速機５には油圧装置９から変速に必要な圧油が供給される。油圧装置９のオイルポンプ（図示せず）はモータ１０により駆動される。
【００２１】
モータ１は主としてエンジン始動と発電に用いられ、モータ４は主として車両の推進（力行）と制動に用いられる。また、モータ１０は油圧装置９のオイルポンプ駆動用である。また、クラッチ３締結時に、モータ１を車両の推進と制動に用いることもでき、モータ４をエンジン始動や発電に用いることもできる。クラッチ３はパウダークラッチであり、伝達トルクを調節することができる。無段変速機５はベルト式やトロイダル式などの無段変速機であり、変速比を無段階に調節することができる。
【００２２】
モータ１，４，１０はそれぞれ、インバータ１１，１２，１３により駆動される。なお、モータ１，４，１０に直流電動モータを用いる場合には、インバータの代わりにＤＣ／ＤＣコンバータを用いる。インバータ１１〜１３は共通のＤＣリンク１４を介してメインバッテリ１５に接続されており、メインバッテリ１５の直流充電電力を交流電力に変換してモータ１，４，１０へ供給するとともに、モータ１，４の交流発電電力を直流電力に変換してメインバッテリ１５を充電する。なお、インバータ１１〜１３は互いにＤＣリンク１４を介して接続されているので、回生運転中のモータにより発電された電力をメインバッテリ１５を介さずに直接、力行運転中のモータへ供給することができる。メインバッテリ１５には、リチウム・イオン電池、ニッケル・水素電池、鉛電池などの各種電池や、電気二重層キャパシターいわゆるパワーキャパシターが適用される。
【００２３】
上記のエンジン２は、図２に示すように、エンジン本体４１、吸気管４２、排気管４３、燃焼室４５に直接に臨んで設けられた燃料噴射弁３０、点火栓３１、スロットル弁４７、このスロットル弁４７の開度を電子制御するスロットル弁制御装置４８などから構成される。なお、燃料噴射弁３０は吸気管４２に設けられてもよい。また、排気管４３から排気の一部を取り出して吸気管４２に還流するため、ＥＧＲ通路４９を備え、このＥＧＲ通路４９はスロットル弁４７の下流に接続される。ＥＧＲ通路４９には駆動装置（たとえばステップモータ）５２により駆動されるＥＧＲ弁５１が設けられている。
【００２４】
１６はコントローラ（制御装置）であり、マイクロコンピュータとその周辺部品や各種アクチュエータなどを備え、クラッチ３の伝達トルク、モータ１，４，１０の回転数や出力トルク、無段変速機５の変速比、エンジン２の燃料噴射量・噴射時期、点火時期などを制御する。
【００２５】
コントローラ１６には、図３に示すように、イグニッションキースイッチ２０、セレクトレバースイッチ２１、アクセルペダルセンサ２２、ブレーキスイッチ２３、車速センサ２４、バッテリ温度センサ２５、バッテリＳＯＣ検出装置２６、エンジン回転数センサ２７、スロットル開度センサ２８、水温センサ２９、エアフローメータ３４が接続される。イグニッションキースイッチ２０は、車両のイグニッションキーがＯＮ位置またはＳＴＡＲＴ位置に設定されると閉路する（以下、スイッチの閉路をオンまたはＯＮ、開路をオフまたはＯＦＦと呼ぶ）。セレクトレバースイッチ２１は、パーキングＰ、ニュートラルＮ、リバースＲおよびドライブＤの何れかのレンジに切り換えるセレクトレバー（図示せず）の設定位置に応じて、Ｐ，Ｎ，Ｒ，Ｄのいずれかのスイッチがオンする。
【００２６】
アクセルペダルセンサ２２はアクセルペダルの踏み込み量を検出し、ブレーキスイッチ２３はブレーキペダルの踏み込み状態（この時、スイッチオン）を検出する。車速センサ２４は車両の走行速度を検出し、バッテリ温度センサ２５はメインバッテリ１５の温度を検出する。また、バッテリＳＯＣ検出装置２６はメインバッテリ１５の実容量の代表値であるＳＯＣ（バッテリチャージ量）を検出する。さらに、エンジン回転数センサ２７はエンジン２の回転数を検出し、スロットル開度センサ２８はエンジン２のスロットル弁開度を検出し、水温センサ２９は冷却水温（エンジン水温）を、エアフローメータ３４は吸入空気流量を検出する。
【００２７】
コントローラ１６にはまた、エンジン２の燃料噴射弁（燃料噴射装置）３０、点火プラグ（点火装置）３１、可変動弁装置３２、スロットル弁制御装置４８、ＥＧＲ弁駆動装置５２などが接続される。コントローラ１６は、燃料噴射弁３０を制御してエンジン２への燃料の供給と停止および燃料噴射量・噴射時期を調節するとともに、点火プラグ３１を駆動してエンジン２の点火時期制御を行う。また、燃料噴射弁３０に加えて、スロットル弁制御装置４８およびＥＧＲ弁駆動装置５２を制御することで、始動時の噴射制御を行う。また、コントローラ１６は可変動弁装置３２を制御してエンジン２の吸・排気弁の作動状態を調節する。なお、コントローラ１６には低圧の補助バッテリ３３から電源が供給される。
【００２８】
さて、車両を低温状態で長く放置した後の始動時には、バッテリの出力性能が低下しており、またエンジンのフリクションも増大していることから、完爆するのに要求されるクランキング回転数に達するまでの時間が長引くため、コントローラ１６では、エンジン始動時に燃料噴射を禁止した状態で、ＥＧＲ弁５１を開き（たとえば全開とする）かつスロットル弁４７を全閉位置（またはその近傍位置）として、クランキングを行い、そのクランキング回転数が、完爆可能な回転数を超えたら、ＥＧＲ弁を全閉としかつスロットルを所定の開度まで開き、この状態で燃料噴射の禁止を解除して、燃料噴射を開始する。
【００２９】
コントローラ１６で実行されるこの制御内容を、図４のフローチャートに従って説明する。
【００３０】
図４は、エンジン始動時の噴射制御を行うためのもので、一定時間毎に実行する。
【００３１】
ステップ１、２では今回のイグニッションキースイッチ（図では「ＩＧＮＳＷ」で略記）の状態と、前回のイグニッションキースイッチの状態をみる。
【００３２】
今回のイグニッションキースイッチ状態がＯＮでかつ前回のイグニッションキースイッチ状態がＯＦＦ（つまりイグニッションキースイッチのＯＦＦからＯＮへの切換時）のときは、ステップ３に進み、エンジン起動当初は燃料噴射を禁止するため、燃料噴射禁止フラグ＝１として今回の処理を終了する。この燃料噴射禁止フラグの値は、ＲＡＭに保存しておく。
【００３３】
一方、イグニッションスイッチが続けてＯＮのときは、ステップ４、５に進み、今回のスタータスイッチ（図では「ＳＴＳＷ」で略記）の状態と、前回のスタータスイッチの状態をみる。
【００３４】
今回のスタータスイッチ状態がＯＮでかつ前回のスタータスイッチ状態がＯＦＦ（つまりスタータスイッチのＯＦＦからＯＮへの切換時）のときは、ステップ６、７で始動モード起動フラグ（“０”に初期設定）＝１とした後、ステップ７に進む。
【００３５】
ここで、始動モード起動フラグの値はＲＡＭに入れて保存する。この始動モード起動フラグ＝１のとき、始動モードを起動することが指示される。始動モードの起動により、別のルーチンが働いて、エンジン２とつながれたモータ１が、モータトルク指令に従い、エンジン２のクランキングを行う。
【００３６】
ステップ７、８ではエンジン回転数Ｎｅと冷却水温Ｔｗを読み込み、これらから図５を内容とするテーブルを検索することにより、所定値Ｎ１を求め、この所定値と実際のエンジン回転数Ｎｅとをステップ９において比較する。
【００３７】
ここで、所定値Ｎ１は完爆可能な回転数（の最低値）を定めるもので、Ｎ１の値は、図５に示したように冷却水温Ｔｗが高くなるほど小さくなる値である。したがって、Ｎｅ≦Ｎ１であるときは燃料噴射を行っても、完爆しない（自立運転に至ることはない）ので、ステップ１０、１１に進み、ＥＧＲ弁５１を全開位置とし、かつスロットル弁４７を全閉位置とする。
【００３８】
一方、Ｎｅ＞Ｎ１であるときは、完爆可能であるので、燃料噴射を行わせるため、ステップ９よりステップ１２に進み、燃料噴射禁止フラグ＝０とした後、ステップ１３、１４でＥＧＲ弁５１を全閉とし、かつスロットル弁４７を所定の開度まで開いて新気を導入する。
【００３９】
燃料噴射禁止フラグ＝０により、別のルーチンが働いて、エアフローメータ出力に基づいた始動時の燃料噴射量が算出され、この始動時噴射量によりエンジン回転に同期して燃料噴射が開始される。
【００４０】
ここで、本実施形態の作用を図６を参照しながら説明すると、本実施形態では、始動に際してタイミングＡでスタータスイッチをＯＦＦからＯＮにしたとき、クランキング回転数が所定値Ｎ１を超えていないため、燃料噴射を禁止した状態で、ＥＧＲ弁を全開位置かつスロットル弁を全閉位置として、クランキングが行われる。
【００４１】
このクランキングにより、エンジンがポンピングを行い、この過程で摩擦熱などをもらって温度上昇した比較的高温のガスが排気管に排出されるが、排気管に排出されたこの高温のガスの一部はＥＧＲ通路を経由して吸気管に導入され、再度シリンダ内に吸入されることから、スロットル弁を開いて新気を導入する場合よりも、吸気ポートや燃焼室周辺の温度が高くなる。また、ＥＧＲ弁を開くことによりクランキングトルクが減少するので、クランキング回転数の上昇が早くなり、冷却水温も上昇する。
【００４２】
このように、本実施形態では、スロットル弁を閉じて低温の新気の吸入を避け、ＥＧＲ弁を開いて燃料分を含まない比較的高温の空気だけをシリンダに吸入させることで、クランキング回転数が完爆可能な回転数に達するまでの時間を短縮でき、かつＥＧＲ弁を開いても、ＥＧＲ通路を流れるガスに燃料分は含まれていないので、吸気管内への燃料付着が生じることもない。
【００４３】
そして、タイミングＢでクランキング回転数が所定値Ｎ１を超えたら、ＥＧＲ弁を全閉にしかつスロットル弁を完爆に適した開度（所定の開度）まで開き、この状態でエアフローメータにより検出される空気流量に応じて燃料噴射を開始するので、エンジンが速やかに完爆する（自立運転に入る）。
【００４４】
次に、図７は第２実施形態で、前述の図４（第１実施形態）に対応する。図４と同一部分には同一のステップ番号をつけている。
【００４５】
この実施形態では、吸気管のＥＧＲ通路開口部の近傍（またはＥＧＲ通路の吸気管側開口部の近傍）に温度センサ（図示しない）を設け、この温度センサにより検出される吸気温度と冷却水温から完爆可能な回転数を設定するようにしたものである。
【００４６】
図４と相違する部分を主に説明すると、ステップ２１では冷却水温Ｔｗ、エンジン回転数Ｎｅに加えて吸気温度Ｔａを読み込み、このうち吸気温度Ｔａと冷却水温Ｔｗからステップ２２において図８を内容とするマップを検索することにより所定値Ｎ２を求め、この所定値Ｎ２とエンジン回転数Ｎｅをステップ２３で比較する。
【００４７】
ここで、所定値Ｎ２は、前述の所定値Ｎ１と同様に完爆可能な回転数（の最低値）を設定するもので、Ｎ２の値は、図８のように、吸気温度が同じなら冷却水温が高いほど小さくなり（第１実施形態と同様）、また同じ冷却水温でも吸気温度が高いほど小さくなる値である。
【００４８】
同じ冷却水温でも吸気温度が高いほど所定値Ｎ２を小さくしているのは、同一の冷却水温において、吸気温度が高ければ、噴射燃料が気化しやすく、完爆が容易になるため、吸気温度が低い場合よりもクランキング回転数が低い状態で燃料噴射を開始できるからである。
【００４９】
第２実施形態では、吸気温度に応じても完爆可能な回転数を設定するようにしたので、吸気温度が高いときは、そのぶん燃料噴射の開始を早めることが可能となり、完爆までの時間をさらに短縮できる。また、完爆までの時間が短縮することにより、スタータモータの消費電力が低減するが、クランキング回転数の上昇も早く、モータ効率のよい点で運転できることより、さらに消費電力が低減でき、結果として燃費向上にもつながる。
【００５０】
図９は本実施形態の場合（「スロットル弁全閉＋ＥＧＲ弁全開」で示す）と比較するため、クランキング回転数が所定値Ｎ２（またはＮ１）を超えるまで、▲１▼ＥＧＲ弁を全閉かつスロットル弁を所定の開度まで開いた場合および▲２▼ＥＧＲ弁を全閉かつスロットル弁を全閉にした場合を重ねて示したものである。同図より、▲１▼の場合より▲２▼の場合のほうが、▲２▼の場合よりさらに本実施形態のほうが、完爆可能な回転数に至るまでの時間が短縮されていることがわかる。
【００５１】
実施形態では、エンジン２とモータ１が常時連結されているハイブリッド車両で説明したが、これに限られるものでなく、駆動源がエンジンのみである通常の車両に対しても本発明の適用がある。また、エンジンは、通常のエンジンのほか、リーンバーンエンジンの場合にも適用がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用可能なハイブリッド車両の構成例を示す概略構成図。
【図２】エンジンの一実施形態の概略構成図。
【図３】コントローラのブロック図。
【図４】第１実施形態の始動時噴射制御を説明するためのフローチャート。
【図５】所定値Ｎ１の特性図。
【図６】第１実施形態の作用を説明するための波形図。
【図７】第２実施形態の始動時噴射制御を説明するためのフローチャート。
【図８】所定値Ｎ２の特性図。
【図９】本実施形態の作用を説明するための波形図。
【図１０】第１の発明のクレーム対応図。
【符号の説明】
１モータ
２エンジン
１６コントローラ
４７スロットル弁
４８スロットル弁制御装置
４９ＥＧＲ通路
５１ＥＧＲ弁
５２ＥＧＲ弁駆動装置

Claims

エンジンをクランキングするモータと、
エンジンに燃料を供給する手段と、
排気管と吸気管を連通するＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁と、
アクセルペダルとは独立してスロットル弁の開度を制御可能な装置と、
エンジン始動時に前記燃料供給手段による燃料供給を禁止する手段と、
この燃料供給禁止状態で前記ＥＧＲ弁を開きかつ前記スロットル弁を全閉位置またはその近傍位置として、前記モータによりクランキングを行わせる手段と
を備え、
エンジンが完爆可能な回転数を所定値として設定し、クランキング回転数が、この所定値を超えたとき、前記ＥＧＲ弁を全閉位置かつ前記スロットル弁を所定の開度として、燃料供給の禁止を解除し、燃料供給を開始することを特徴とするエンジンの始動制御装置。
前記所定値をエンジン水温に応じ、エンジン水温が高いほど小さく設定することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの始動制御装置。
前記ＥＧＲ通路の吸気管側開口部付近または前記吸気管のＥＧＲ通路開口部付近に吸気温度検出手段を備え、この吸気温度検出手段により検出される吸気温度とエンジン水温に応じ、エンジン水温が高いほど、また吸気温度が高いほど前記所定値を小さく設定することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの始動制御装置。