JP5045675B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射量学習を行う内燃機関の制御装置に関する。

従来から、内燃機関に対して微小燃料を噴射し、その際のトルク変動や回転変動などに基づいて、要求燃料噴射量に対する実燃料噴射量を推定して学習（燃料噴射量学習）することが行われている。例えば、特許文献１には、ハイブリッド車両において、内燃機関の再始動時における燃料噴射量を決定する方法が提案されている。具体的には、モータリングによって吸気ポート付着燃料量をゼロにした上で始動前噴射を行い、始動前噴射量を推定付着燃料量に一致させることで、始動前噴射量を過不足なく正確に設定することを図った技術が提案されている。

特開２００４−１４４０３０号公報

しかしながら、上記した特許文献１に記載された技術では、要求の燃料噴射量に対する、実際に噴射された燃料量（若しくは噴射燃料のうち実際に燃焼に寄与した燃料量）を正確に推定することができない場合があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ハイブリッド車両において、精度良く燃料噴射量学習を行うことが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの観点では、内燃機関及びモータジェネレータを具備するハイブリッド車両に適用される内燃機関の制御装置は、前記モータジェネレータによって前記内燃機関をモータリングしている際に、前記内燃機関に微小燃料を噴射する微小燃料噴射手段と、前記微小燃料噴射手段によって前記微小燃料が噴射された際の前記モータリングにおける電力変化に基づいて、要求燃料噴射量に対する実燃料噴射量を推定して学習する燃料噴射量学習手段と、を備える。

上記の内燃機関の制御装置は、内燃機関及びモータジェネレータを有するハイブリッド車両に好適に適用される。微小燃料噴射手段は、モータジェネレータによって内燃機関をモータリングしている際に微小燃料を噴射する。そして、燃料噴射量学習手段は、微小燃料が噴射された際のモータリング電力の変化に基づいて、要求燃料噴射量に対する実燃料噴射量を推定して学習する。つまり、燃料噴射量学習手段は、モータリング中の微小燃料の噴射によってモータジェネレータにおけるトルク（モータリングトルク）が変化して、モータリング電力が変化することを利用して、燃料噴射量学習を行う。

これにより、燃料噴射量学習における学習頻度を向上させることが可能となる。具体的には、従来はアイドルやレーシング減衰（フューエルカットやクラッチオフ）時に学習を実施することが考えられるが、クラッチなどを有しないハイブリッド車両においては基本的には学習頻度が少なくなる傾向にあるが、上記の内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の停止前のモータリングや高車速での減速中などにおいても燃料噴射量学習を適切に行うことができるため、ハイブリッド車両における学習頻度を向上させることが可能となる。また、上記の内燃機関の制御装置によれば、学習時における計測を定常状態で適切に行うことができるため、学習精度を向上させることが可能となる。

上記の内燃機関の制御装置の一態様では、前記燃料噴射量学習手段によって前記実燃料噴射量の推定及び学習が行われる際に、前記推定及び前記学習が行われない場合に比して、前記モータリングにおける回転速度を低く設定する手段を更に備える。

この態様では、上記した燃料噴射量学習中におけるモータリングの回転速度を、通常の回転速度よりも低下させる。こうすることにより、少量の噴射量変化に対するモータリング電力の感度を向上させることができる。具体的には、学習中のフリクショントルクが低下するため、相対的に検出精度を向上させることができる。更に、学習中の燃費悪化を抑制することが可能となる。これは、モータリングの回転速度を低下させるため、モータリング電力を低下させることができると共に、学習のための燃料噴射の頻度を少なくすることができるからである。

本実施形態に係るハイブリッド車両の概略構成図を示す。 エンジンの概略構成図を示す。 本実施形態における燃料噴射量学習を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

［装置構成］
図１は、本実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用されたハイブリッド車両の概略構成図を示す。なお、図中の破線矢印は、信号の入出力を示している。

ハイブリッド車両１００は、主に、エンジン（内燃機関）１と、車軸２と、駆動輪３と、第１のモータジェネレータＭＧ１と、第２のモータジェネレータＭＧ２と、動力分割機構４と、インバータ５と、バッテリ６と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０と、を備える。

車軸２は、エンジン１及び第２のモータジェネレータＭＧ２の動力を車輪３に伝達する動力伝達系の一部である。車輪３は、ハイブリッド車両１００の車輪であり、説明の簡略化のため、図１では特に左右前輪のみが表示されている。エンジン１は、例えばディーゼルエンジンによって構成され、ハイブリッド車両１００の主たる推進力を出力する動力源として機能する。エンジン１は、ＥＣＵ５０によって種々の制御が行われる。

第１のモータジェネレータＭＧ１は、主としてバッテリ６を充電するための発電機、或いは第２のモータジェネレータＭＧ２に電力を供給するための発電機として機能するように構成されており、エンジン１の出力により発電を行う。第２のモータジェネレータＭＧ２は、例えば制動時（減速時）などにおいて回生ブレーキとして機能して、回生運動を行うことで電力を発生する。また、第２のモータジェネレータＭＧ２は、主としてエンジン１の出力をアシスト（補助）する電動機として機能するように構成されている。これらのモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２は、例えば同期電動発電機として構成され、外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータとを備える。動力分割機構４は、サンギヤやリングギヤなどを有して構成されるプラネタリギヤ（遊星歯車機構）に相当し、エンジン１の出力を第１のモータジェネレータＭＧ１及び車軸２へ分配することが可能に構成されている。

インバータ５は、バッテリ６と、第１のモータジェネレータＭＧ１及び第２のモータジェネレータＭＧ２との間の電力の入出力を制御する直流交流変換機である。例えば、インバータ５は、バッテリ６から取り出した直流電力を交流電力に変換して、或いは第１のモータジェネレータＭＧ１によって発電された交流電力をそれぞれ第２のモータジェネレータＭＧ２に供給すると共に、第１のモータジェネレータＭＧ１によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ６に供給することが可能に構成されている。

バッテリ６は、第１のモータジェネレータＭＧ１及び／又は第２のモータジェネレータＭＧ２を駆動するための電源として機能することが可能に構成されると共に、第１のモータジェネレータＭＧ１及び／又は第２のモータジェネレータＭＧ２が発電した電力を充電可能に構成された蓄電池である。

ＥＣＵ５０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）などを備え、ハイブリッド車両１００内の各構成要素に対して種々の制御を行う。本実施形態では、主に、ＥＣＵ５０は、エンジン１において微小燃料を噴射することで、要求燃料噴射量（指令した燃料噴射量に相当する。以下同じ。）に対する実燃料噴射量（実際に噴射された燃料量、若しくは噴射燃料のうち実際に燃焼に寄与した燃料量に相当する。以下同じ。）を推定して学習する制御を行う。つまり、燃料噴射量学習のための制御を行う。したがって、ＥＣＵ５０は、本発明における内燃機関の制御装置に相当し、微小燃料噴射手段及び燃料噴射量学習手段として機能する。

図２は、図１に示したエンジン１の概略構成図を示す。図中の実線矢印はガスの流れを示している。

エンジン１は、主に、吸気通路１１と、スロットルバルブ１２と、燃料噴射弁（インジェクタ）１４ａと、吸気弁１４ｂと、排気弁１４ｄと、気筒１５ａと、ピストン１５ｃと、コンロッド１５ｄと、排気通路１６と、を有する。エンジン１は、筒内直噴タイプのディーゼルエンジンとして構成されている。なお、図２においては、説明の便宜上、１つの気筒１５ａのみを示しているが、実際にはエンジン１は複数の気筒１５ａを有する。

吸気通路１１には外部から導入された吸気（空気）が通過し、スロットルバルブ１２は吸気通路１１を通過するガスの流量を調整する。吸気通路１１を通過した吸気は、燃焼室１５ｂに供給される。また、燃焼室１５ｂには、燃料噴射弁１４ａによって噴射された燃料が供給される。燃料噴射弁１４ａは、上記したＥＣＵ５０によって制御され、ＥＣＵ５０から供給される制御信号に応じた燃料噴射量にて燃料噴射を行う。

更に、燃焼室１５ｂには、吸気弁１４ｂと排気弁１４ｄとが設けられている。吸気弁１４ｂは、開閉することによって、吸気通路１１と燃焼室１５ｂとの導通／遮断を制御する。排気弁１４ｄは、開閉することによって、排気通路１６と燃焼室１５ｂとの導通／遮断を制御する。燃焼室１５ｂ内では、上記のように供給された吸気と燃料との混合気が燃焼される。この場合、燃焼によってピストン１５ｃが往復運動し、当該往復運動がコンロッド１５ｄを介してクランク軸（不図示）に伝達され、クランク軸が回転する。燃焼室１５ｂでの燃焼により発生した排気ガスは、排気通路１６より排出される。なお、微小燃料を噴射する場合に燃焼室１５ｂ内で確実に燃焼を行わせるために、エンジン１に点火プラグを設けて点火させても良い。

［燃料噴射量学習］
次に、本実施形態においてＥＣＵ５０が行う燃料噴射量学習について、具体的に説明する。

本実施形態では、ＥＣＵ５０は、第１のモータジェネレータＭＧ１によってエンジン１をモータリングしている最中に、燃料噴射量学習を実行する。具体的には、ＥＣＵ５０は、モータリング最中に微小燃料を噴射し、この際のモータリング電力（第１のモータジェネレータＭＧ１によってエンジン１をモータリングするために、第１のモータジェネレータＭＧ１に対して供給すべき駆動電力に相当する。以下同じ。）の変化に基づいて、要求燃料噴射量に対する実燃料噴射量を推定して学習する。

基本的には、エンジン回転数が所定回転数に維持されるように第１のモータジェネレータＭＧ１によってモータリングを行わせる制御が実行されるため、上記のようにモータリング最中に微小燃料を噴射すると、当該微小燃料の燃焼によるエンジン出力に対応する電力分だけ、第１のモータジェネレータＭＧ１におけるモータリング電力が低下することとなる（モータリング最中に微小燃料を噴射しない場合には、原則、モータリング電力はほとんど変化しない）。したがって、本実施形態では、このような現象を利用して、モータリング最中に微小燃料を噴射した際のモータリング電力の変化に基づいて実燃料噴射量を推定している。なお、モータリングとは、エンジン１への燃料噴射が停止されている状態において、第１のモータジェネレータＭＧ１の駆動力によってエンジン１を回転せしめる制御に相当する。

このように燃料噴射量学習を行うことにより、学習頻度を向上させることが可能となる。具体的には、従来はアイドルやレーシング減衰（フューエルカットやクラッチオフ）時に学習を実施することが考えられるが、クラッチなどを有しないハイブリッド車両においてはそのような運転の頻度が少ないので基本的には学習頻度が少なくなる傾向にあるが、本実施形態によれば、エンジン停止前のモータリングや高車速での減速中などにおいても燃料噴射量学習を適切に行うことができるため、ハイブリッド車両１００における学習頻度を向上させることが可能となる。また、本実施形態によれば、学習時における計測を定常状態で適切に行うことができ、過渡時における回転体のイナーシャの影響などを排除できるので（例えば第１のモータジェネレータＭＧ１のつれ回しを排除することができるので）、学習精度を向上させることが可能となる。

更に、本実施形態では、ＥＣＵ５０は、上記した燃料噴射量学習中におけるモータリング回転速度を、通常（つまり燃料噴射量学習を行っていない場合）のモータリング回転速度よりも低く設定する。こうすることにより、少量の噴射量変化に対するモータリング電力の感度を向上させることができる。具体的には、学習中のフリクショントルクが低下するため、相対的に検出精度を向上させることができる。また、学習中の燃費悪化を抑制することが可能となる。これは、モータリング回転速度を低下させるため、モータリング電力を低下させることができると共に、学習のための燃料噴射の頻度を少なくすることができるからである。なお、モータリング回転速度が低く設定されるのは学習中の短期間だけであるので、ドライバビリティ上も問題はないと言える。

［制御フロー］
次に、図３を参照して、燃料噴射量学習において行われる処理の具体例について説明する。図３は、本実施形態における燃料噴射量学習を示すフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ５０によって所定の周期で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ５０は、燃料噴射量学習の要求があるか否かを判定する。例えば、ＥＣＵ５０は、燃料噴射量学習を前回実行してからの走行距離や経過時間などに基づいて、当該判定を行う。燃料噴射量学習の要求がある場合（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０２に進む。これに対して、燃料噴射量学習の要求がない場合（ステップＳ１０１；Ｎｏ）、処理はステップＳ１０６に進む。この場合には、ＥＣＵ５０は通常の走行を実施して（ステップＳ１０６）、処理は終了する。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ５０は、モータリング要求があるか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ５０は、ハイブリッド車両１００における運転状況が、予め定めたモータリングすべき条件（言い換えるとエンジン１の燃料噴射を停止すべき条件）を満たしているか否かを判定する。例えば、ＥＣＵ５０は、エンジン１の停止前や高車速での減速中などに該当するか否かを判定する。モータリング要求がある場合（ステップＳ１０２；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０３に進む。この場合には、ステップＳ１０３以降で、燃料噴射量学習のための処理を実行する。これに対して、モータリング要求がない場合（ステップＳ１０２；Ｎｏ）、処理はステップＳ１０６に進む。この場合には、ＥＣＵ５０は通常の走行を実施して（ステップＳ１０６）、処理は終了する。

ステップＳ１０３では、ＥＣＵ５０は、通常よりも低い回転速度にて、第１のモータジェネレータＭＧ１によってエンジン１をモータリングさせる。つまり、燃料噴射量学習中におけるモータリング回転速度を、燃料噴射量学習を行っていない場合のモータリング回転速度よりも低く設定して、モータリングを実行する。そして、処理はステップＳ１０４に進む。なお、ステップＳ１０３で設定されるモータリング回転速度は、例えばドライバビリティや学習精度や学習頻度などを総合的に勘案して予め設定されている。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ５０は、微小燃料を噴射させる。具体的には、ＥＣＵ５０は、燃料噴射量学習のために予め定められた微小の燃料量が燃料噴射弁１４ａから噴射されるように、当該微小の燃料量に対応する制御信号を燃料噴射弁１４ａに供給する。そして、処理はステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０５では、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０４における微小燃料を噴射させた際のモータリング電力に基づいて、要求燃料噴射量に対する実燃料噴射量を推定する。具体的には、ＥＣＵ５０は、モータリング電力の変化に基づいて実燃料噴射量を推定する。例えば、ＥＣＵ５０は、モータリング電力の変化と実燃料噴射量とが対応付けられたマップや所定の演算式に基づいて、今回得られたモータリング電力の変化に対応する実燃料噴射量を求める。なお、基本的には、モータリング電力の変化などからモータリングトルクを得て、当該モータリングトルクからエンジントルクを得ることで、当該エンジントルクから実燃料噴射量を求めることができる。この場合、オイル粘度（若しくはオイルの温度）の影響を反映させても良い。以上のステップＳ１０５が終了すると、処理は終了する。この後、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０５で推定された実燃料噴射量を学習する、つまり当該実燃料噴射量を記憶して次回の燃料噴射に反映する。

以上説明した処理によれば、ハイブリッド車両１００において、燃料噴射量学習における学習精度を向上させることができると共に、学習頻度を向上させることができる。

［変形例］
本発明は、ディーゼルエンジンを具備するハイブリッド車両への適用に限定はされない。本発明は、ガソリンエンジンを具備するハイブリッド車両に対しても、同様に適用することができる。

また、上記では、モータリング電力に基づいて実燃料噴射量を推定する実施形態を示したが、実燃料噴射量を推定する方法はこれに限定されない。他の例では、第１のモータジェネレータＭＧ１にトルクを検出するセンサなどが設けられている場合には、モータリング電力の代わりに、当該センサが検出したトルク（モータリングトルク）に基づいて、実燃料噴射量を推定することができる。

１ エンジン（内燃機関）
３ 駆動輪
４ 動力分割機構
５ インバータ
６ バッテリ
１４ａ 燃料噴射弁
１５ａ 気筒
５０ ＥＣＵ
ＭＧ１ 第１のモータジェネレータ
ＭＧ２ 第２のモータジェネレータ
１００ ハイブリッド車両

Claims (2)

1. 内燃機関及びモータジェネレータを具備するハイブリッド車両に適用される内燃機関の制御装置であって、
   前記モータジェネレータによって前記内燃機関をモータリングしている際に、前記内燃機関に微小燃料を噴射する微小燃料噴射手段と、
   前記微小燃料噴射手段によって前記微小燃料が噴射された際の前記モータリングにおける電力変化に基づいて、要求燃料噴射量に対する実燃料噴射量を推定して学習する燃料噴射量学習手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記燃料噴射量学習手段によって前記実燃料噴射量の推定及び学習が行われる際に、前記推定及び前記学習が行われない場合に比して、前記モータリングにおける回転速度を低く設定する手段を更に備える請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

Images