JP4941354B2 - エンジン始動制御装置及びエンジン始動制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、エンジンの始動を制御する装置及び方法に関する。

たとえば特許文献１では、エンジンをモータで始動(クランキング)する場合に、エンジン回転数が共振範囲内にあるときには有効圧縮比を下げてエンジンのトルク変動を低減することでエンジンの振動悪化を防止している。
特開２００１−１２３８５７号公報

しかしながら前述した方法では、燃焼開始すると膨張行程でのエンジントルクの急増によってエンジンが励振されることに起因して、共振回転数範囲外であっても振動悪化を生じる可能性があった。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、振動悪化することなくエンジンを始動可能なエンジン始動制御装置及びエンジン始動制御方法を提供することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、クランキング時にクランキングトルクに抗するエンジンマウントによって支持されるエンジン(１１)の始動を制御する装置であって、エンジンをクランキングして、エンジンの停止状態に対するクランクシャフト回りの初爆直前ロール角度を推定する初爆直前ロール角度推定手段(ステップＳ３)と、前記初爆直前ロール角度に基づいて初爆トルクの大きさを調整する初爆トルク調整手段(ステップＳ９)と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、初爆直前ロール角度に基づいて初爆トルクの大きさを調整するようにした。エンジンが初爆するとエンジンマウントの復元力が発生する。このとき初爆トルクが大きいと、エンジンマウントの復元力に初爆トルクも加わって大きなエンジン振動が発生してしまう。本発明は上述の通り、初爆直前ロール角度に基づいて初爆トルクの大きさを調整するようにしたので、初爆前のエンジン変位(ロール角度)によらず、エンジン振動を抑制できるのである。

以下では図面等を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明によるエンジン始動制御装置に好適なハイブリッド車のシステム構成の一例を示す図である。

ハイブリッド車１は、エンジン１１と、モータジェネレータ１２と、トランスミッション１３と、を含む。

エンジン１１は不図示のエンジンマウントに支持されている。エンジン１１は、エンジンコントロールモジュール(ＥＣＭ)２１によって制御される。エンジン１１とモータジェネレータ１２とは第１クラッチ１４ａを介して連結される。モータジェネレータ１２は、モータコントローラ(ＭＣ)２２によって制御される。モータジェネレータ１２は、エンジン１１の始動時にエンジン１１をクランキングする。モータジェネレータ１２は、第２クラッチ１４ｂを介してトランスミッション１３を連結しており、必要に応じて駆動力を出力する。モータジェネレータ１２は、インバータ３１を介して蓄電装置３２に電気的に接続される。モータジェネレータ１２は、蓄電装置３２から電力を受けて回転駆動する。モータジェネレータ１２は、回生したエネルギを、蓄電装置３２へ電力として供給する。トランスミッション１３は駆動軸に連結される。

蓄電装置３２の充電状態(State of Charge；ＳＯＣ)は、常時ハイブリッドコントロールモジュール(ＨＣＭ)２３によって監視されており、このＳＯＣ信号や要求出力などに基づいて、第１クラッチ１４ａ，第２クラッチ１４ｂ，エンジンコントロールモジュール(ＥＣＭ)２１，モータコントローラ(ＭＣ)２２，インバータ３１が、ハイブリッドコントロールモジュール(ＨＣＭ)２３によって統合的に制御される。

エンジン１１は可変動弁機構によって動弁のリフト量及び開閉時期を変更可能であり、動弁のリフト量及び開閉時期を調整することでエンジンの有効圧縮比を調整することができる。このように本実施形態では、可変動弁機構でエンジン有効圧縮比を可変である。そこで次に図面を参照して、この可変動弁機構について説明する。

図２は、可変動弁機構を示す斜視図である。

可変動弁機構２００は、カムシャフト２１０と、リンクアーム２２０と、バルブリフト制御シャフト２３０と、ロッカアーム２４０と、リンク部材２５０と、揺動カム２６０とを備え、揺動カム２６０の揺動によってカムフォロア６３を押圧し動弁６１を開閉する。

カムシャフト２１０は、エンジン前後方向に沿ってシリンダヘッド上部に回転自在に支持される。カムシャフト２１０の一端は、カムスプロケット２７０に挿入される。カムスプロケット２７０は、エンジンのクランク軸からトルクが伝達されて回転する。カムシャフト２１０は、カムスプロケット２７０とともに回転する。カムシャフト２１０は、油圧によってカムスプロケット２７０に対して相対回転し、カムスプロケット２７０に対する位相を変更できる。このような構造によって、クランク軸に対するカムシャフト２１０の回転位相を変更できる。カムシャフト２１０にはカム２１１が固定される。カム２１１はカムシャフト２１０と一体回転する。またカムシャフト２１０にはパイプで連結された一対の揺動カム２６０が挿通される。揺動カム２６０はカムシャフト２１０を回転中心として揺動し、カムフォロア６３をストロークさせる。

リンクアーム２２０はカム２１１を挿通して支持される。

バルブリフト制御シャフト２３０は、カムシャフト２１０と平行に配置される。バルブリフト制御シャフト２３０にはカム２３１が一体形成される。バルブリフト制御シャフト２３０はアクチュエータ２８０によって所定回転角度範囲内で回転するように制御される。

ロッカアーム２４０はカム２３１を挿通して支持され、リンクアーム２２０に連結される。

リンク部材２５０は、ロッカアーム２４０に連結される。

揺動カム２６０は、カムシャフト２１０を挿通し、カムシャフト２１０を中心として揺動自在である。揺動カム２６０は、リンク部材２５０に連結される。揺動カム２６０は上下動して、カムフォロア６３を押し下げ、動弁６１を開閉する。

続いて図３を参照して可変動弁機構２００の動作を説明する。

図３(Ａ−１)(Ａ−２)はカムフォロア６３のストローク量を最大にして動弁６１のリフト量を最大にするときの様子を示す図である。図３(Ａ−１)はカムノーズ２６０ｂが最高位置にあって揺動カム２６０の揺動方向が反転するときの様子を示す。このときカムフォロア６３は上端位置にあり動弁６１は閉弁状態である。図３(Ａ−２)はカムノーズ２６０ｂが最低位置にあって揺動カム２６０の揺動方向が反転するときの様子を示す。このときカムフォロア６３は下端位置にあり動弁６１は最大リフト状態である。

図３(Ｂ−１)(Ｂ−２)はカムフォロア６３のストローク量を最小にするときの様子を示す図である。図３(Ｂ−１)はカムノーズ２６０ｂが最高位置にあって揺動カム２６０の揺動方向が反転するときの様子を示す。図３(Ｂ−２)はカムノーズ２６０ｂが最低位置にあって揺動カム２６０の揺動方向が反転するときの様子を示す。本実施形態ではカムフォロア６３のストローク量がゼロであり動弁６１のリフト量もゼロである。そのため、図３(Ｂ−１)(Ｂ−２)では揺動カム２６０の作動にかかわらず、動弁６１は常に閉弁状態である。

カムフォロア６３のストローク量を大きくして動弁６１のリフト量を大きくするには、図３(Ａ−１)(Ａ−２)に示すように、バルブリフト制御シャフト２３０を回転してカム２３１の位置を下げ、軸心Ｐ１を軸心Ｐ２の下方にセットする。これによりロッカアーム２４０は、全体が下方に移動する。

この状態でカムシャフト２１０を回転駆動すると、その駆動力が、リンクアーム２２０→ロッカアーム２４０→リンク部材２５０→揺動カム２６０と伝達する。

図３(Ａ−１)のようにカム２１１がカムシャフト２１０の左側にあるときは揺動カム２６０の基円部２６０ａがカムフォロア６３に当接しており、このときカムフォロア６３は上端位置にあり動弁６１は最大リフト状態である。

図３(Ａ−２)のように、カム２１１がカムシャフト２１０の右側にあるときは揺動カム２６０のカムノーズ２６０ｂがカムフォロア６３に当接しており、このときカムフォロア６３は下端位置にあり動弁６１は閉弁状態である。

カムフォロア６３のストローク量を小さくして動弁６１のリフト量を小さくするには、図３(Ｂ−１)(Ｂ−２)に示すように、バルブリフト制御シャフト２３０を回転してカム２３１の位置を上げ、軸心Ｐ１を軸心Ｐ２の右斜上方にセットする。これによりロッカアーム２４０は、全体が上方に移動する。

この状態でカムシャフト２１０を回転駆動すると、その駆動力が、リンクアーム２２０→ロッカアーム２４０→リンク部材２５０→揺動カム２６０と伝達する。

図３(Ｂ−１)のように、カム２１１がカムシャフト２１０の左側にあるときは揺動カム２６０の基円部２６０ａがカムフォロア６３に当接する。

図３(Ｂ−２)のように、カム２１１がカムシャフト２１０の右側にあるときであっても揺動カム２６０の基円部２６０ａがカムフォロア６３に当接する。

このように、バルブリフト制御シャフト２３０を回転してカム２３１の位置を上げ、軸心Ｐ１を軸心Ｐ２の右斜上方にセットした場合には、カムシャフト２１０が回転して揺動カムが揺動しても、カムフォロア６３はストロークせず、動弁６１は閉弁したままである。

図４は、可変動弁機構２００による動弁のリフト量及び開閉時期を示す図である。実線はバルブリフト制御シャフト２３０を回転したときの動弁６１のリフト量及び開閉時期を示す図である。破線はカムシャフト２１０のカムスプロケット２７０に対する位相を変更したときの動弁６１の開閉時期を示す図である。

上述した可変動弁機構２００の構造によれば、動弁６１のリフト量及び作動角を連続的に変更することができる。このようにバルブリフト制御シャフト２３０の角度及びカムシャフト２１０のカムスプロケット２７０に対する位相を変更することで、動弁６１のリフト量及び作動角を連続的に自在に変更することができる。

図５は、システムブロック図である。

ハイブリッドコントロールモジュール(ＨＣＭ)２３は、キースイッチ信号HEVSW，ブレーキ信号BRSW，エンジン回転速度信号NE，クランク角度信号CA，アクセル開度信号APS，車速信号VSP，蓄電装置充電状態信号SOC，大気圧信号PA，吸入空気温度信号TA，エンジン冷却水温信号TW，潤滑油温度信号TOを入力し、演算処理する。

またハイブリッドコントロールモジュール(ＨＣＭ)２３は、エンジンコントロールモジュール(ＥＣＭ)２１に、エンジン目標トルク信号，始動許可信号，可変動弁目標作動角信号を出力し、エンジンコントロールモジュール(ＥＣＭ)２１を統合制御する。エンジンコントロールモジュール(ＥＣＭ)２１は、さらに吸気バルブタイミング変更手段の動弁作動角信号を入力する。エンジンコントロールモジュール(ＥＣＭ)２１は、これらの信号に基づいて燃料噴射、燃料ポンプ及び可変動弁機構を制御する。

さらにハイブリッドコントロールモジュール(ＨＣＭ)２３は、モータコントローラ(ＭＣ)２２に、制御切替信号(トルク制御／回転数制御の切替)，モータ目標トルク信号，目標回転速度信号を出力し、モータコントローラ(ＭＣ)２２を統合制御する。

さらにまたハイブリッドコントロールモジュール(ＨＣＭ)２３は、クラッチ制御信号を出力し第１クラッチ１４ａ及び第２クラッチ１４ｂを制御する。

次に本発明の理解を容易にするために、本発明の基本となる技術思想について説明する。

エンジンをクランキングすると、エンジンはクランクシャフト回りにロールしエンジンマウントが圧縮される。そしてエンジンが初爆するとエンジンマウントの復元力が発生する。このとき初爆トルクが大きいと、エンジンマウントの復元力に初爆トルクも加わって大きなエンジン振動が発生してしまう。この点に本件発明者らは着目し、エンジンマウントの復元力が正方向に大きいほど、初爆トルクが小さくなるように制御することで、初爆前のエンジン変位(ロール角度)によらず、エンジン振動を抑えようとしたのである。

以下ではこのような技術思想を実現するためのコントローラの具体的な制御ロジックについてフローチャートに沿って説明する。

図６は、本発明によるエンジン始動制御装置の動作を説明するフローチャートである。なおコントローラは以下の処理を微少時間ごと(たとえば１０ミリ秒ごと)に繰り返し実行する。

ステップＳ１においてコントローラは、燃料噴射したか否かを判定する。未だ燃料噴射していなければステップＳ２に処理を移行し、既に燃料噴射していれば処理を抜ける。

ステップＳ２においてコントローラは、エンジンの回転速度NEを読み込む。

ステップＳ３においてコントローラは、初爆直前のエンジンロール角度Rollrを推定する。具体的な推定方法は後述する。

ステップＳ４においてコントローラは、エンジン回転速度NEが初爆許可速度NE0を超えているか否かを判定する。超えていなければステップＳ５へ処理を移行し、超えていればステップＳ６へ処理を移行する。

ステップＳ５においてコントローラは、燃料噴射を禁止しておく。

ステップＳ６においてコントローラは、大気圧PA、冷却水温TW、吸気温TA、有効圧縮比、燃料性状を読み込む。

ステップＳ７においてコントローラは、ステップＳ６での読込値をたとえば図８に示すようなマップに適用して燃焼可能ロール角度限界値RollLを求める。なお燃焼可能ロール角度限値RollLとは、初爆トルクを調整することでエンジン振動を抑制可能なエンジンロール角度限界値である。エンジンロール角度がこの燃焼可能ロール角度限値RollLを超えているときには、初爆トルクを減じてもエンジンマウントの復元力によって発生するエンジン振動が大きいので今回は初爆しないことが望ましい。このときは有効圧縮比を変更するなどしてから初爆することが望ましい。なお燃焼可能ロール角度限値RollLは、燃焼トルクによってエンジンが変位する方向を正方向とすると負値である。

ステップＳ８においてコントローラは、ステップＳ３で推定したエンジンロール角度Rollrが燃焼可能ロール角度限値RollLよりも小さいか否かを判定する。上述の通り、燃焼可能ロール角度限値RollLは、燃焼トルクによってエンジンが変位する方向を正方向とすると負値であるので、エンジンロール角度Rollrが燃焼可能ロール角度限値RollLよりも小さい、とは、エンジンが負方向に燃焼可能ロール角度限値RollLよりも大きくロールしていることを意味する。エンジンロール角度Rollrが燃焼可能ロール角度限値RollLよりも小さければステップＳ５へ処理を移行し、大きければステップＳ９へ処理を移行する。

ステップＳ９においてコントローラは、初爆トルクを制御する。具体的な調整方法は後述する。

図７は、第１実施形態のサブルーチンを示すフローチャートであり、図７(Ａ)は初爆直前ロール角度推定ルーチンを示し、図７(Ｂ)は初爆トルク制御ルーチンを示す。

はじめに初爆直前ロール角度推定ルーチンについて説明する。

ステップＳ３１１においてコントローラは、クランク角CAを読み込む。

ステップＳ３１２においてコントローラは、クランク角CAが特定クランク角CArであるか否かを判定する。クランク角CAが特定クランク角CArであればステップＳ３１３へ処理を移行し、そうでなければ処理を抜ける。なおこのように特定クランク角CArであることを判定するのは、エンジンのピストン位置によって圧縮反力が変わるなどしてロール角度に影響を及ぼす可能性があるからである。

ステップＳ３１３においてコントローラは、エンジンロール角度Rollを読み込む。これはたとえばエンジンロール角度センサなどによって検出する。

ステップＳ３１４においてコントローラは、エンジンロール角度Rollに基づいて初爆直前ロール角度Rollrを推定する。なおたとえば現在のエンジン回転速度NEと現在のエンジンロール角度Rollとに基づいて初爆直前エンジン回転速度NE0におけるエンジンロール角度Rollrを求めるためのマップをあらかじめ求められている。ステップＳ３１４ではこのマップに基づいて初爆直前ロール角度Rollrを推定する。

次に初爆トルク制御ルーチンについて説明する。

ステップＳ９１１においてコントローラは、初爆直前ロール角度Rollrをたとえば図９に示したマップに適用して目標初爆トルクを求める。

ステップＳ９１２においてコントローラは、目標初爆トルクをたとえば図１０に示したマップに適用してメイン噴射の噴射量及び噴射時期を求める。なおそれに合わせてパイロット噴射の噴射量及び噴射時期を求めてもよい。

エンジンをクランキングすると、エンジンはクランクシャフト回りにロールしエンジンマウントが圧縮される。そしてエンジンが初爆するとエンジンマウントの復元力が発生する。このとき初爆トルクが大きいと、エンジンマウントの復元力に初爆トルクも加わって大きなエンジン振動が発生してしまう。本実施形態によれば、エンジンマウントの復元力が正方向に大きいほど、初爆トルクが小さくなるように制御するようにしたので、初爆前のエンジン変位(ロール角度)によらず、エンジン振動を抑えることができるのである。

（第２実施形態）
図１１は、第２実施形態のサブルーチンを示すフローチャートであり、図１１(Ａ)は初爆直前ロール角度推定ルーチンを示し、図１１(Ｂ)は初爆トルク制御ルーチンを示す。

なお以下では前述と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。

はじめに初爆直前ロール角度推定ルーチンについて説明する。

ステップＳ３２１においてコントローラは、エンジン回転速度NEが正であるか否かを判定する。正でなければ(すなわちクランキングが開始されていなければ)ステップＳ３２２へ処理を移行し、正であれば(すなわちクランキングが開始されていれば)ステップＳ３２３へ処理を移行する。

ステップＳ３２２においてコントローラは、クランキング時間ｔをリセットする。

ステップＳ３２３においてコントローラは、エンジン回転速度NEが初爆許可速度NE0を超えているか否かを判定する。超えるまではステップＳ３２４へ処理を移行し、超えたらステップＳ３２５へ処理を移行する。

ステップＳ３２４においてコントローラは、クランキング時間ｔをインクリメントする。

ステップＳ３２５においてコントローラは、クランキング時間ｔに基づいて初爆直前ロール角度Rollrを推定する。なおクランキング時間ｔが短いほどエンジン回転速度NEが初爆許可速度NE0に達するまでの時間が短くクランキングトルクが大きい状態である。したがってクランキング時間ｔが短いほど初爆直前ロール角度Rollrが大きいと推定される。

次に初爆トルク制御ルーチンについて説明する。

ステップＳ９２１においてコントローラは、初爆直前ロール角度Rollrをたとえば図９に示したマップに適用して目標初爆トルクを求める。

ステップＳ９２２においてコントローラは、目標初爆トルクをたとえば図１２に示したマップに適用して点火時期を求める。

本実施形態によっても、初爆前のエンジン変位(ロール角度)によらず、エンジン振動を抑えることができる。特にガソリンエンジンのように点火時期を調整可能なエンジンであれば本実施形態のように制御することで一層確実にエンジン振動を抑えることができるのである。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。

たとえば上記各実施形態では、有効圧縮比可変機構として動弁のリフト量及び開閉時期を変更可能な可変動弁機構を例示したが、たとえば動弁の開閉時期のみを変更する機構であってもよい。また吸気絞り弁の開度を変更することでエンジンの有効圧縮比を調整する機構であってもよい。さらに吸気行程中に閉じる吸気遮断弁などの機構であってもよい。

また上記では、本発明によるエンジン始動制御装置を適用可能な車両として１モータタイプのハイブリッド車を例示したが、２モータタイプのハイブリッド車(モータ数にとらわれない)や、エンジン車であっても、当然に適用可能である。

本発明によるエンジン始動制御装置に好適なハイブリッド車のシステム構成の一例を示す図である。 可変動弁機構を示す斜視図である。 可変動弁機構の動作を説明する図である。 可変動弁機構による動弁のリフト量及び開閉時期を示す図である。 システムブロック図である。 本発明によるエンジン始動制御装置の動作を説明するフローチャートである。 第１実施形態のサブルーチンを示すフローチャートである。 燃焼可能ロール角度限界値を求めるマップを例示する図である。 目標初爆トルクを求めるマップを例示する図である。 燃料の噴射量及び噴射時期を求めるマップを例示する図である。 第２実施形態のサブルーチンを示すフローチャートである。 点火時期を求めるマップを例示する図である。

符号の説明

１１ エンジン
１２ モータジェネレータ
２００ 可変動弁機構(有効圧縮比可変機構)
ステップＳ３ 初爆直前ロール角度推定手段／初爆直前ロール角度推定工程
ステップＳ８ 初爆禁止手段／初爆禁止工程
ステップＳ９ 初爆トルク調整手段／初爆トルク調整工程

Claims (11)

1. クランキング時にクランキングトルクに抗するエンジンマウントによって支持されるエンジンの始動を制御する装置であって、
   エンジンをクランキングして、エンジンの停止状態に対するクランクシャフト回りの初爆直前ロール角度を推定する初爆直前ロール角度推定手段と、
   前記初爆直前ロール角度に基づいて初爆トルクの大きさを調整する初爆トルク調整手段と、
   を備えることを特徴とするエンジン始動制御装置。
2. 前記初爆トルク調整手段は、燃焼トルクによってエンジンが変位する方向を正方向とした場合に、初爆直前のエンジンロール角度が正方向に小さいほど又は負方向に大きいほど、初爆トルクが小さくなるように調整する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のエンジン始動制御装置。
3. 前記初爆トルク調整手段は、点火時期を変更して初爆トルクの大きさを調整する、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンジン始動制御装置。
4. 前記初爆トルク調整手段は、燃料噴射量を変更して初爆トルクの大きさを調整する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のエンジン始動制御装置。
5. 前記初爆トルク調整手段は、燃料噴射量を減量するほど燃料噴射時期を進角する、
   ことを特徴とする請求項４に記載のエンジン始動制御装置。
6. 前記初爆トルク調整手段は、さらにパイロット噴射する、
   ことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のエンジン始動制御装置。
7. 燃焼トルクによってエンジンが変位する方向を正方向とした場合に、エンジンロール角度が負方向の基準角度を超えて変位するときには初爆を禁止する初爆禁止手段をさらに有する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のエンジン始動制御装置。
8. 前記基準角度は、大気圧、吸気温、冷却水温、エンジン有効圧縮比及び燃料性状の少なくともいずれか一つに基づいて設定される、
   ことを特徴とする請求項７に記載のエンジン始動制御装置。
9. 前記初爆直前ロール角度推定手段は、エンジンクランキング中に検出したロール角度に基づいて初爆直前ロール角度を推定する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載のエンジン始動制御装置。
10. 前記初爆直前ロール角度推定手段は、クランキングを開始してからエンジン回転速度が初爆許可速度に達するまでの時間に基づいて初爆直前ロール角度を推定する、
    ことを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載のエンジン始動制御装置。
11. クランキング時にクランキングトルクに抗するエンジンマウントによって支持されるエンジンの始動を制御する方法であって、
    エンジンをクランキングして、エンジンの停止状態に対するクランクシャフト回りの初爆直前ロール角度を推定する初爆直前ロール角度推定工程と、
    前記初爆直前ロール角度に基づいて初爆トルクの大きさを調整する初爆トルク調整工程と、
    を備えることを特徴とするエンジン始動制御方法。

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