JP5217383B2

JP5217383B2 - パワートレイン制御装置

Info

Publication number: JP5217383B2
Application number: JP2007300524A
Authority: JP
Inventors: 裕介中山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-11-20
Filing date: 2007-11-20
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2027-11-20
Also published as: JP2009126230A

Description

本発明は、パワートレイン制御装置に関する。

周知のように、自動車に用いられている火花点火式の内燃機関、排気エミッション浄化装置（排気ガス浄化装置）は、或る温度となったとき（暖機が完了したとき）に、本来の機能を発揮するものとなっている。このため、内燃機関の点火時期を通常の点火時期よりも進角／遅角させることにより、各部の暖機を促進すること（例えば、特許文献１，２を参照）が行われている。
特開２０００−２４０５４７号公報特開２００３−２９３８１４号公報

ところで、上記した従来の技術は内燃機関の暖気性は考慮しているものの、排気エミッションについては考慮されていないため、排気エミッションの規制強化に適応しきれない可能性がある。また、内燃機関の点火時期を通常の点火時期よりも進角させる場合には、逆回転によるエンジン停止およびトルク低下によるドライバビリティ悪化のおそれがある。

そこで、本発明の課題は、排気エミッション中の有害物質（特にＨＣ）量が，常に（内燃機関の冷間始動時等にも），少なく，逆回転によるエンジン停止やトルク低下によるドライバビリティ悪化も生じない自動車を実現できるパワートレイン制御装置を、提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、火花点火式内燃機関、及び、前記火花点火式内燃機関の補助動力源として使用可能なモータを含むパワートレインを制御するためのパワートレイン制御装置を、前記火花点火式内燃機関の状態が，暖機が必要な未暖機状態にあるか否かを判別するための判別手段と、前記パワートレイン内の前記火花点火式内燃機関及び前記モータを制御するための制御手段であって、協働的に作動するように，前記モータ及び前記火花点火式内燃機関を制御する第１制御処理であって、前記未暖気状態にある場合、前記モータを，前記火花点火式内燃機関のトルクアシストのために作動させ、前記火花点火式内燃機関については，各点火プラグの点火時期が、前記モータでトルクアシストされていない場合には，前記火花点火式内燃機関が逆回転してしまう程度までＭＢＴより前となっている状態で作動するように制御する第１制御処理、及び、各点火プラグの点火時期がＭＢＴ近傍の予め定められている時期となるように、前記火花点火式内燃機関を制御する第２制御処理を、実行可能であり、前記第１制御処理を開始した後，前記判別手段によって前記火花点火式内燃機関の状態が前記未暖機状態ではなくなったと判別されたときに，前記第２制御処理を開始する制御手段とを備えるものとしておく。

すなわち、本発明のパワートレイン制御装置は、火花点火式内燃機関の暖機が完了していない場合、各点火プラグの点火時期が、モータでトルクアシストされていない場合には，火花点火式内燃機関が逆回転してしまう程度までＭＢＴより前となっている状態で火花点火式内燃機関を作動させる構成を有している。従って、本発明のパワートレイン制御装置によれば、火花点火式内燃機関からの排気エミッションに含まれるＨＣ量を低減させる（詳細は後述）ことができることになる。また、火花点火式内燃機関（及び、それと接続された排気エミッション浄化装置）の暖機を促進できることにもなる。さらに、パワートレイン制御装置は、火花点火式内燃機関の暖機が完了していない場合、モータを，火花点火式内燃機関のトルクアシストのために作動させる装置ともなっている。このため、本発明のパワートレイン制御装置を用いれば、複雑な構成のパワートレイン制御装置（逆回転等の問題が生じないように、内燃機関の各点火プラグの点火時期を制御するパワートレイン制御装置）を設計・製造しなくても、排気エミッション中の有害物質（特にＨＣ）量が，常に（内燃機関の冷間始動時等にも），少なく，逆回転によるエンジン停止やトルク低下によるドライバビリティ悪化も生じない自動車を実現できることになる。

本発明のパワートレイン制御装置の判別手段としては、具体的な構成の異なるさまざまな手段を採用することが出来る。例えば、判別手段として、筒内温度（気筒内の温度）に基づき、火花点火式内燃機関の状態が未暖機状態にあるか否かを判別する手段を採用することも出来る。また、判別手段として、第１制御処理開始時から現時点までの積算空気量と，火花点火式内燃機関に設けられている冷却水水温を測定するためのセンサの第１制御処理開始時における出力とから，火花点火式内燃機関の筒内温度を推定し、推定した筒内温度に基づき、火花点火式内燃機関の状態が未暖機状態にあるか否かを判別する手段を採用することも出来る。

火花点火式内燃機関に接続された排気エミッション浄化装置は、火花点火式内燃機関の状態に応じた状態（温度など）を取るものであるため、判別手段として、火花点火式内燃機関に接続された排気エミッション浄化装置の状態の調査結果に基づき，火花点火式内燃機関の状態が，未暖機状態にあるか否かを判別する手段を採用しておくことも出来る。

本発明によれば、複雑な構成のパワートレイン制御装置（逆回転等の問題が生じないように、内燃機関の各点火プラグの点火時期を制御するパワートレイン制御装置）を設計・製造しなくても、排気エミッション中の有害物質（特にＨＣ）量が，常に（内燃機関の冷間始動時等にも），少なく，逆回転によるエンジン停止やトルク低下によるドライバビリティ悪化も生じない自動車を実現できることになる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して詳細に説明する。

《第１実施形態》
図１に、本発明の第１実施形態に係るパワートレイン制御装置２１の使用形態を示す。

図１に模式的にあるように、本発明の第１実施形態に係るパワートレイン制御装置２１は、火花点火式内燃機関１１（以下，内燃機関１１と略記する），モータ１２，動力分割機構１３，モータ１４，減速機１５等からなるパワートレイン１０（いわゆるハイブリッドエンジン）と組み合わせて使用される装置である。

本実施形態に係るパワートレイン制御装置２１が制御するパワートレイン１０は、従来より存在するものである。このため、詳細説明は省略するが、このパワートレイン１０は、発電機及びイグニッションモータとして機能するモータ１４と、バッテリ走行を行うためのモータ１２とを備えたものとなっている。そして、パワートレイン１０は、各動力源〔内燃機関１１，モータ１２，イグニッションモータとして機能しているモータ１４〕からの動力が，動力分割機構１３によって自動的に各部〔車軸３０，発電機として機能しているモータ１４等〕へ分割されるもの（動力分割機構１３に対する制御が不要なもの）となっている。

また、図示してあるように、パワートレイン１０は、モータ１２及びモータ１４が，インバータ１６を介してバッテリ１７と接続され、内燃機関１１が，排気エミッション浄化装置１８が設けられている排気系と接続された形で使用されるエンジンとなっている。さ
らに、パワートレイン１０内の内燃機関１１は、内燃機関１１の回転数（クランクの位置が所定位置となったこと）を検出するためのクランクポジションセンサ，気筒内の温度（以下、筒内温度と表記する）を検出するための温度センサ，冷却水水温を検出するための温度センサといった各種のセンサが取り付けられたものとなっている。

本実施形態に係るパワートレイン制御装置２１は、このような構成を有するパワートレイン１０を制御可能な既存のパワートレイン制御装置（ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，各種入出力回路等からなる，いわゆるＥＣＵ；以下、従来制御装置と表記する）を改良した装置である。

具体的には、パワートレイン制御装置２１は、パワートレイン１０の始動が指示された場合（イグニッションキーが回された場合）に，図２に示した手順の始動時処理を行うように、従来制御装置をソフトウェア的に改良した装置となっている。

すなわち、パワートレイン制御装置２１は、パワートレイン１０の始動が指示された場合、以下のような制御を行う装置となっている。

この場合、パワートレイン制御装置２１は、まず、モータによるエンジン始動制御（ステップＳ１０１）を行う。ここで、モータによるエンジン始動制御とは、モータ１４を作動させるための制御のことである。

その後、パワートレイン制御装置２１は、内燃機関１１に設けられているクランクポジションセンサからの出力（図１参照）に基づき、エンジン回転数（内燃機関１１の単位時間当たりの回転数）が，所定回転数（予め設定されている回転数）以上となるのを待機（監視）する処理（ステップＳ１０２）を開始する。

そして、パワートレイン制御装置２１は、エンジン回転数が所定回転数以上となった場合（ステップＳ１０２；ＹＥＳ）には、内燃機関１１を，各点火プラグの点火時期がＭＢＴ（Minimum advance for Best Torque）より前となっている状態で作動させるための制
御である点火時期進角制御を開始する（ステップＳ１０３）。なお、このステップＳ１０３で開始される点火時期進角制御は、モータ１４でトルクアシストされていない場合には，内燃機関１１が逆回転してしまう程度まで、各点火プラグの点火時期を進角させるものとなっている。

その後、パワートレイン制御装置２１は、内燃機関１１に設けられている筒内温度用の温度センサの出力である筒内温度Ｔ（図１参照）が，予め設定されている温度Ｔmin以上
となるのを待機（監視）する処理（ステップＳ１０４）を開始する。そして、パワートレイン制御装置２１は、筒内温度ＴがＴmin以上となった場合（ステップＳ１０４；ＹＥＳ
）には、点火時期進角制御を終了して通常の点火時期制御を開始する処理（ステップＳ１０５）を行う。なお、通常の点火時期制御とは、内燃機関１１を，各点火プラグの点火時期がＭＢＴ近傍となっている状態で作動させるための制御のことである。

ステップＳ１０５の処理を終えたパワートレイン制御装置２１は、モータ１４を停止させるため処理（ステップＳ１０６）を行ってから、この始動時処理（図２の処理）を終了して，通常制御処理（従来制御装置が行っているものと同じ制御処理）を開始する。

以上の説明から明らかなように、パワートレイン制御装置２１は、火花点火式内燃機関１１の暖機が完了していない場合（筒内温度Ｔ＜Ｔｍｉｎが成立している場合）、各点火プラグの点火時期がＭＢＴよりかなり前となっている状態で火花点火式内燃機関１１を作動させることにより、火花点火式内燃機関１１，及び，排気エミッション浄化装置１８の
暖機を促進する装置となっている。また、パワートレイン制御装置２１は、火花点火式内燃機関１１の暖機が完了していない場合には、モータ１４を，火花点火式内燃機関１１のトルクアシストのために作動させ続ける装置ともなっている。

そして、本願発明者の鋭意の実験及び検証によって、筒内温度が比較的に低い状態で各点火プラグの点火時期を過進角した場合は、図３に示したように、その進角量が増加するほど火花点火式内燃機関１１から排出される未燃燃料成分（ＨＣ）の量が少なくなることが、解明されている。

このため、このパワートレイン制御装置２１を用いておけば、複雑な構成のパワートレイン制御装置（逆回転等の問題が生じないように、各点火プラグの点火時期を制御するパワートレイン制御装置）を設計・製造しなくても、排気エミッション中の有害物質（特にＨＣ）量が常に少なく，逆回転によるエンジン停止やトルク低下によるドライバビリティ悪化も生じない自動車を実現できることになる。

《第２実施形態》
図４に、本発明の第２実施形態に係るパワートレイン制御装置２２の使用形態を示す。

図から明らかなように、本発明の第２実施形態に係るパワートレイン制御装置２２は、既に説明したパワートレイン１０を制御するための装置である。

以下、パワートレイン制御装置２１と異なる部分を中心に、既に説明している用語の説明は省略する形で、パワートレイン制御装置２２の構成・動作を説明することにする。

本実施形態に係るパワートレイン制御装置２２は、パワートレイン１０の始動が指示された場合に図５に示した手順の始動時処理を行うように、従来制御装置を改良した装置である。

すなわち、パワートレイン１０の始動が指示された場合、パワートレイン制御装置２２は、まず、内燃機関１１に設けられている冷却水水温用の温度センサからの出力（図４参照）に基づき、その時点における冷却水水温Ｔstを特定（把握）する処理（ステップＳ２０１）を行う。また、このステップＳ２０１において、パワートレイン制御装置２２は、内燃機関１１の総回転数（クランクポジションセンサの出力が所定出力となるというイベントの発生回数）のカウントを開始する処理も行う。

その後、パワートレイン制御装置２２は、ステップＳ２０２〜Ｓ２０４にて，それぞれ，上記したステップＳ１０１〜Ｓ１０３の処理（図２参照）と同じ処理を行う。

そして、ステップＳ２０４の処理を終えたパワートレイン制御装置２２は、その時点における内燃機関１１の総回転数のカウント結果等に基づき，エンジン始動から，その時点までの積算空気量ＧＡsumを求めた上で、当該ＧＡsum，及び，ステップＳ２０１の処理で特定しておいた冷却水水温Ｔstを，筒内温度Ｔを推定するための演算式に代入することによって、筒内温度Ｔを推定する処理（ステップＳ２０５）を行う。

要するに、図６に示したように、筒内温度Ｔは，積算空気量ＧＡsumのみからは求める
ことが出来ない温度となっている。このため、上記したように、パワートレイン制御装置２２を、予め，エンジン始動時の冷却水水温Ｔstを特定する装置であると共に、現在の（ステップＳ２０５実行時点における）筒内温度Ｔを，現在のＧＡsumと，特定しておいた
冷却水水温Ｔstとから推定する装置として構成してある（プログラミングしてある）のである。

ステップＳ２０５の処理を終えたパワートレイン制御装置２２は、推定した筒内温度Ｔが，予め設定されている温度Ｔmin以上であるか否かを判断（ステップＳ２０６）し、筒
内温度ＴがＴmin未満であった場合（ステップＳ２０６；ＮＯ）には、ステップＳ２０５
に戻って、再び、現在の筒内温度Ｔを推定する処理を行う。

また、パワートレイン制御装置２２は、推定した筒内温度ＴがＴmin以上であった場合
（ステップＳ２０６；ＹＥＳ）には、点火時期進角制御を終了して通常の点火時期制御を開始する処理（ステップＳ２０７）と、モータ１４を停止させるため処理（ステップＳ２０８）とを行う。そして、パワートレイン制御装置２２は、この始動時処理を終了して、通常制御処理を開始する。

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係るパワートレイン制御装置２２も、第１実施形態に係るパワートレイン制御装置２１と同様の制御をパワートレイン１０に対して行う装置となっている。

従って、このパワートレイン制御装置２２を用いても、複雑な構成のパワートレイン制御装置を設計・製造しなくても、排気エミッション中の有害物質量が常に少なく，逆回転によるエンジン停止やトルク低下によるドライバビリティ悪化も生じない自動車を実現できることになる。

《第３実施形態》
図７に、本発明の第３実施形態に係るパワートレイン制御装置２３の使用形態を示す。

図から明らかなように、本発明の第３実施形態に係るパワートレイン制御装置２３も、パワートレイン１０を制御するための装置である。

そして、本実施形態に係るパワートレイン制御装置２３は、パワートレイン１０の始動が指示された場合、図８に示した手順の始動時処理を行うように、従来制御装置を改良した装置となっている。

すなわち、パワートレイン制御装置２３は、パワートレイン１０の始動が指示された場合、まず、ステップＳ３０１〜Ｓ３０３にて、それぞれ、ステップＳ１０１〜Ｓ１０３の処理と同じ処理を行う。つまり、これらのステップにおいて、パワートレイン制御装置２１は、モータ１４によるエンジン始動制御を行ってから、エンジン回転数が所定回転数以上となるのを待機し、エンジン回転数が所定回転数以上となったときに、内燃機関１１を，各点火プラグの点火時期がＭＢＴより前となっている状態で作動させるための点火時期進角制御を開始する処理を行う。

その後、パワートレイン制御装置２１は、排気エミッション浄化装置１８に設けられている温度センサの出力である触媒温度が、予め設定されている規定温度以上となるのを待機（監視）する処理（ステップＳ３０４）を開始する。そして、パワートレイン制御装置２１は、触媒温度が規定温度以上となった場合（ステップＳ３０４；ＹＥＳ）には、点火時期進角制御を終了して通常の点火時期制御を開始する処理（ステップＳ３０５）と、モータ１４を停止させるため処理（ステップＳ３０６）とを行う。そして、パワートレイン制御装置２３は、この始動時処理を終了して、通常制御処理を開始する。

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係るパワートレイン制御装置２３も、いわば、火花点火式内燃機関１１の状態を、火花点火式内燃機関１１の筒内温度と強い相関がある触媒温度にて判断するように、パワートレイン制御装置２１，２２を変形した装置
となっている。

従って、このパワートレイン制御装置２３を用いても、複雑な構成のパワートレイン制御装置（逆回転等の問題が生じないように、各点火プラグの点火時期を制御するパワートレイン制御装置）を設計・製造しなくても、排気エミッション中の有害物質（特にＨＣ）量が常に少なく，逆回転によるエンジン停止やトルク低下によるドライバビリティ悪化も生じない自動車を実現できることになる。

《変形形態》
上記した各実施形態に係るパワートレイン制御装置２１〜２３は、各種の変形を行うことが出来る。例えば、パワートレイン制御装置２１〜２３を、モータ１２を有さないパワートレイン用のものに変形しておくことが出来る。また、パワートレイン制御装置２１〜２３を、内燃機関１１の筒内温度が下がった場合には、常に（パワートレイン１０の始動時以外にも）、上記したような制御を，内燃機関１１及びモータ１４（又はモータ１２）に対して行う装置に変形しておくことも出来る。

本発明の第１実施形態に係るパワートレイン制御装置の使用形態の説明図である。第１実施形態に係るパワートレイン制御装置が実行する始動時処理の流れ図である。気筒内から排出される未燃燃料成分（ＨＣ）と点火時期との関係を示す図である。本発明の第２実施形態に係るパワートレイン制御装置の使用形態の説明図である。第２実施形態に係るパワートレイン制御装置が実行する始動時処理の流れ図である。第２実施形態に係るパワートレイン制御装置による筒内温度の推定手順の意味を説明するための図である。本発明の第３実施形態に係るパワートレイン制御装置の使用形態の説明図である。第３実施形態に係るパワートレイン制御装置が実行する始動時処理の流れ図である。

符号の説明

１０パワートレイン
１１火花点火式内燃機関
１２モータ
１３動力分割機構
１４発電機
１５減速機
１６インバータ
１７バッテリ
１８排気エミッション浄化装置
２１，２２，２３パワートレイン制御装置
３０車軸

Claims

火花点火式内燃機関、及び、前記火花点火式内燃機関の補助動力源として使用可能なモータを含むパワートレインを制御するためのパワートレイン制御装置において、
前記火花点火式内燃機関の状態が，暖機が必要な未暖機状態にあるか否かを判別するための判別手段と、
前記パワートレイン内の前記火花点火式内燃機関及び前記モータを制御するための制御手段であって、
協働的に作動するように，前記モータ及び前記火花点火式内燃機関を制御する第１制御処理であって、前記未暖気状態にある場合、前記モータを，前記火花点火式内燃機関のトルクアシストのために作動させ、前記火花点火式内燃機関については，各点火プラグの点火時期が、前記モータでトルクアシストされていない場合には，前記火花点火式内燃機関が逆回転してしまう程度までＭＢＴより前となっている状態で作動するように制御する第１制御処理、及び、
各点火プラグの点火時期がＭＢＴ近傍の予め定められている時期となるように、前記火花点火式内燃機関を制御する第２制御処理を、実行可能であり、
前記第１制御処理を開始した後，前記判別手段によって前記火花点火式内燃機関の状態が前記未暖機状態ではなくなったと判別されたときに，前記第２制御処理を開始する制御手段と
を備えることを特徴とするパワートレイン制御装置。
前記判別手段が、
前記火花点火式内燃機関に設けられている，筒内温度に基づき、前記火花点火式内燃機関の状態が前記未暖機状態にあるか否かを判別する手段である
ことを特徴とする請求項１記載のパワートレイン制御装置。
前記判別手段が、
前記第１制御処理開始時から現時点までの積算空気量と，前記火花点火式内燃機関に設けられている冷却水水温を測定するためのセンサの前記第１制御処理開始時における出力とから，前記火花点火式内燃機関の筒内温度を推定し、推定した筒内温度に基づき、前記火花点火式内燃機関の状態が前記未暖機状態にあるか否かを判別する手段である
ことを特徴とする請求項１記載のパワートレイン制御装置。
前記判別手段が、
前記火花点火式内燃機関に接続された排気エミッション浄化装置の状態の調査結果に基づき，前記火花点火式内燃機関の状態が，前記未暖機状態にあるか否かを判別する手段である
ことを特徴とする請求項１記載のパワートレイン制御装置。