JP5943090B2 - 車両用直噴エンジンの始動制御装置 - Google Patents

車両用直噴エンジンの始動制御装置 Download PDF

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Description

本発明は、車両において、燃料を気筒内へ直接噴射することが可能な直噴エンジンを始動する制御装置に関する。
気筒内に燃料を直接噴射する直噴エンジンを備える車両の走行時において、エンジンを再始動を繰り返し行なう場合がある。たとえば、燃費節減、排気エミッション低減、低騒音化を目的として、車両が走行停止する毎に直噴エンジンを自動停止させた後に再始動させる所謂アイドリングストップ車両や、要求出力の増加に応じて直噴エンジンを再始動させ、それまでの電動機走行からエンジン走行へ移行させるハイブリッド車両がそれである。このような車両における直噴エンジンでは、所謂着火始動が用いられ、複数の気筒のうちの膨張行程にある気筒内に燃料を噴射して点火し、この点火による爆発で生じたトルクを利用して直噴エンジンの回転が立ち上げられる。
特開２００４−０２８０４６号公報
ところで、引用文献１では、直噴エンジンの再始動に際して、膨張工程にある気筒に複数回の点火を行なう多重点火が実行される。すなわち、直噴エンジンの圧縮工程にある気筒内の点火は、燃料噴射弁から噴射された燃料が霧化或いは気化状態となり且つ空気との混合により可燃空燃比範囲となった領域が点火プラグを通過するときに行なわれる必要があるが、燃料の霧化或いは気化に必要な時間および可燃空燃比範囲となった領域が点火プラグへ流動する時間は温度などに応じて必ずしも一定でなく、１回の点火では必ずしも最適なタイミングの点火とはならない。このため、引用文献１では、失火確率を低くして安定的にエンジン始動を行なうために、たとえば１５°以上の所定のクランク角度に基づく初爆位置付近から複数回の点火を行なう多重点火が採用されている。
しかし、上記引用文献１に記載された多重点火は、エンジン始動時において毎回、予め定められた一定回数の点火を一律に行なうことから、電力消費量が多くなるという欠点があった。
本発明は以上の事情を背景として為されたものであって、その目的とするところは、多重点火を用いた直噴エンジンの始動に際して、点火を少なくした車両用直噴エンジンの始動制御装置を提供することにある。
かかる目的を達成するために、本発明の要旨とするところは、(a) 直噴エンジンを備える車両において、その直噴エンジンの始動に際して該直噴エンジンの複数の気筒のうち膨張行程にある所定の気筒に対して燃料噴射および多重点火を行ってその直噴エンジンの回転を立ち上げる着火始動を行なう形式の車両用直噴エンジンの始動制御装置であって、(b)前記直噴エンジンの着火始動に際し、その着火始動よりも前に行われた着火始動の着火タイミングに基づき、その着火始動よりも前に行われた着火始動に比べて前記所定の気筒に対する点火回数を少なくすることを特徴とする。
本発明の車両用直噴エンジンのエンジン始動制御装置によれば、着火始動に際しては、その着火始動の前に行われた着火始動の着火タイミングに基づいて、その着火始動よりも前に行われた着火始動に比べて所定の気筒に対する少ない点火回数で直噴エンジンの始動が行なわれるので、点火に要する電力消費量を少なくすることができる。
ここで、好適には、(c)前記所定の気筒内で燃焼の発生時に発生するイオン電流に基づいてその所定の気筒内での着火を検知する着火判定部を備え、(d)着火始動時におけるイオン電流の発生タイミングに基づいて点火回数を学習し、その学習後の着火始動時の点火回数を少なくすることを特徴とする。このようにすれば、たとえば、着火始動に際しては、その着火始動の前に行われた着火始動でイオン電流が検知された着火タイミングを含む少なくともその前の区間内で複数回点火することにより、確実な点火を確保しつつ点火回数が少なくされる。
また、好適には、(e)前記直噴エンジンに連結され、その直噴エンジンの始動時にその直噴エンジンの回転を立ち上げる電動機を備え、(f)前記着火判定部において前記イオン電流に基づく着火が検知されない場合は、その電動機を用いて前記直噴エンジンの始動を行なうことを特徴とする。このようにすれば、前記着火始動の失敗により前記イオン電流が検知されないときは、前記電動機を用いて前記直噴エンジンの始動が行なわれるので、エンジンの始動性或いは応答性が確保される。
また、好適には、(g)前記直噴エンジンは、その作動停止に際して、前記所定の気筒が膨張工程となるように回転停止させられるものであり、(h)前記着火判定部は、前記所定の気筒に備えられた点火プラグを用いてイオン電流を検知するように配設されている。このようにすれば、着火判定部は前記所定の気筒のみで検知するように配置されても、着火始動に際して最速でイオン電流の検知を行なうことができ、適切な点火タイミングを考慮したエンジン始動が可能となる。
また、好適には、(i)前記直噴エンジンの予め設定された回転条件でその直噴エンジンに対する燃料噴射および／または点火を停止させることで、前記所定の気筒が膨張工程となるように前記直噴エンジンを回転停止させるエンジン停止制御部を備える。このようにすれば、直噴エンジンに連結された電動機やラチェット装置を用いることなく、前記所定の気筒が膨張工程となるように前記直噴エンジンが回転停止させられる。
また、好適には、(j) 前記直噴エンジンは、走行用の駆動力源として用いることができる電動機を有するハイブリッド車両において、クラッチを介して前記電動機と選択的に連結されたものであり、(k)前記電動機は、前記直噴エンジンの始動時にその直噴エンジンの回転速度の上昇区間に、前記クラッチを介してアシストトルクを該直噴エンジンに伝達することで、該直噴エンジン回転速度の上昇に対する助勢を行なうものである。このようにすれば、このようにすれば、直噴エンジンの始動時において、直噴エンジンの回転速度の上昇区間に、前記電動機から出力されるアシストトルクを前記クラッチを介して前記直噴エンジンに伝達することで、直噴エンジン回転速度の上昇に対する助勢を行なうことができる。このため、直噴エンジンがクラッチにより動力伝達経路に対して断接されるハイブリッド車両において、停止中の直噴エンジンを必要且つ十分なアシストトルクを用いて始動を行なうことができる。また、それにより、直噴エンジンの始動時の蓄電装置の電気エネルギの消費量が小さくなり、常時蓄電装置に担保するエンジン始動用の電気エネルギが少なくなるので、電動機走行領域が拡大されて車両の燃費が好適に改善される。
本発明が好適に適用されるハイブリッド車両の機械的構成の要部を説明する骨子図と、電子制御装置の制御機能の要部を示す機能ブロック図とを併せて示した構成図である。 図１のハイブリッド車両の直噴エンジンを説明する断面図である。 図１の直噴エンジンがＶ型８気筒である場合において、各気筒で実行される４サイクル行程の順序を説明する図表である。 図１のＶ型８気筒エンジンにおいて、クランク軸の１回転内で爆発に関与する４つの気筒の位相の相互関係を示す気筒位相図である。 ハイブリッド走行制御において、車速Ｖおよび要求出力量（アクセル開度）に基づいて、モータ走行領域およびエンジン走行領域のうちのいずれかの走行領域を決定するために予め記憶された関係を例示する図である。 図１のＶ型８気筒４サイクルの直噴エンジンにおける着火始動プロセスを説明する気筒位相図であって、(a) は所定の第１気筒が膨張行程すなわち４５°ＡＴＤＣに位置している停止状態を示し、(b) はその停止状態で第１気筒内に燃料噴射および点火が行なわれた状態を示し、(c) は第１気筒内の点火により初爆が発生してその初爆によるトルクにより回転開始（起動）し、第２気筒内の圧縮と第３気筒内の圧縮とが開始した状態を示し、(d) は圧縮行程の第２気筒がＴＤＣに到達してその第２気筒内に燃料噴射および点火が行なわれた状態を示し、 (e)は２爆により発生したトルクによりさらに回転して第３気筒内の高圧化と第３気筒内の圧縮がさらに進んだ状態を示し、 (f) は第２気筒内の第２爆発により発生したトルクによりさらに回転して第３気筒がＴＤＣに到達して燃料噴射および点火が行われるとともに第４気筒Ｋ４内の圧縮がさらに行われる状態を示している。 図１の電子制御装置によって実行される制御作動の要部であって、学習前のエンジン再始動時の、多重点火による着火始動制御と、イオン電流検出以後の多重点火停止制御とを示すタイムチャートである。 図１の電子制御装置の制御作動の要部であって、学習後のエンジン再始動時の、多重点火による着火始動制御を示すタイムチャートである。 図１の電子制御装置によって実行される制御作動の要部であって、学習前のエンジン再始動時の、多重点火による着火始動制御と、イオン電流検出以後の多重点火停止制御とを説明するフローチャートである。 図１の電子制御装置の制御作動の要部であって、学習後のエンジン再始動時の、多重点火による着火始動制御を説明するフローチャートである。
以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明が適用されるハイブリッド車両１０の駆動系統の骨子図を含む概略構成図である。このハイブリッド車両１０は、気筒内に燃料を直接噴射し且つ点火する直噴エンジン１２と、駆動源としての電動モータおよび発電機として機能するモータジェネレータＭＧとを走行用の駆動力源として備えている。そして、それ等の直噴エンジン１２およびモータジェネレータＭＧの出力は、流体式伝動装置であるトルクコンバータ１４からタービン軸１６、Ｃ１クラッチ１８を備える自動変速機２０に伝達され、更に出力軸２２、差動歯車装置２４を介して左右の駆動輪２６に伝達される。トルクコンバータ１４は、ポンプ翼車とタービン翼車とを直結するロックアップクラッチ（Ｌ／Ｕクラッチ）３０を備えているとともに、ポンプ翼車にはオイルポンプ３２が一体的に接続されており、直噴エンジン１２やモータジェネレータＭＧによって機械的に回転駆動されるようになっている。モータジェネレータＭＧは回転機に相当する。
上記直噴エンジン１２は、本実施例ではＶ型８気筒で４サイクルのガソリンエンジンが用いられており、図２に具体的に示すように、燃料噴射弁４６により気筒（シリンダ）１００内にガソリンが高圧微粒子状態で直接噴射されるようになっている。この直噴エンジン１２は、吸気通路１０２から吸気弁１０４を介して気筒１００内に空気が流入するとともに、排気弁１０８を介して排気通路１０６から排気ガスが排出されるようになっており、所定のタイミングで点火プラグ４７によって点火されることにより気筒１００内の混合気が爆発燃焼してピストン１１０が下方へ押し下げられる。吸気通路１０２は、サージタンク１０３を介して吸入空気量調整弁である電子スロットル弁４５に接続されており、その電子スロットル弁４５の開度（スロットル弁開度）に応じて吸気通路１０２から気筒１００内に流入する吸入空気量、すなわちエンジン出力が制御される。上記ピストン１１０は、気筒１００内に軸方向の摺動可能に嵌合されているとともに、コネクチングロッド１１２を介してクランク軸１１４のクランクピン１１６に相対回転可能に連結されており、ピストン１１０の直線往復移動に伴ってクランク軸１１４が矢印Ｒで示すように回転駆動される。クランク軸１１４は、ジャーナル部１１８において軸受により回転可能に支持されるようになっており、ジャーナル部１１８とクランクピン１１６とを接続するクランクアーム１２０を一体に備えている。
そして、このような直噴エンジン１２は、１気筒についてクランク軸１１４の２回転（７２０°）で、吸入行程、圧縮行程、膨張（爆発）行程、排気行程の４行程が行われ、これが繰り返されることでクランク軸１１４が連続回転させられる。８つの気筒１００のピストン１１０は、それぞれクランク角度が９０°ずつずれるように構成されており、言い換えればクランク軸１１４のクランクピン１１６の位置が９０°ずつずれた方向に突き出しており、クランク軸１１４が９０°回転する毎に８つの気筒１００がたとえば図３に示す予め設定された点火順序で爆発燃焼させられて連続的に回転トルクが発生させられる。また、ピストン１１０が圧縮行程の後の上死点（圧縮ＴＤＣ）からクランク軸１１４が所定角度回転し、吸気弁１０４および排気弁１０８が共に閉じている膨張行程の所定の角度範囲θ内で停止している時に、燃料噴射弁４６によって気筒１００内にガソリンが噴射されるとともに点火プラグ４７によって点火のための放電が行われることにより、気筒１００内の混合気を爆発燃焼させてエンジン回転速度を立ち上げる着火始動が可能である。直噴エンジン１２の各部のフリクション（摩擦）が小さい場合には、着火始動のみで直噴エンジン１２を始動できる可能性があるが、フリクションが大きい場合でも、クランク軸１１４をクランキングして始動する際の始動アシストトルクを低減できるため、そのアシストトルクを発生するモータジェネレータＭＧの最大トルクが低減されて小型化や低燃費化を図ることができる。上記角度範囲θは、上死点後のクランク角度ＣＡで例えば３０°〜６０°程度の範囲内で着火始動により比較的大きな回転エネルギーが得られ、アシストトルクを低減できるが、９０°程度でも、着火始動により比較的回転エネルギーが得られ、アシストトルクを低減できる。
図３は、直噴エンジン１２が４サイクルで作動するＶ型８気筒エンジンである場合の、各気筒No.1〜No.8毎のクランク角度ＣＡに対する作動行程を説明する図である。各気筒No.1〜No.8は機械的な配列位置を示しているが、クランク角度ＣＡが０°を基準とする点火順序では、気筒No.2、気筒No.4、気筒No.5、気筒No.6、気筒No.3、気筒No.7、気筒No.8、気筒No.1という順序となる。たとえば、点火順序で、気筒No.7を第１気筒Ｋ１とすると、気筒No.8が第２気筒Ｋ２、気筒No.1が第３気筒Ｋ３、気筒No.2が第４気筒Ｋ４となる。また、図４は、Ｖ型８気筒エンジンにおいて、クランク軸１１４の１回転内で爆発に関与する４つの気筒の位相の相互関係を示す気筒位相図であって、第１気筒Ｋ１乃至第４気筒Ｋ４が相互に９０°の関係を維持しつつ右回りに回転し、吸気弁が閉じてからＴＤＣまでの吸入空気を圧縮する圧縮行程とＴＤＣから排気弁が開くまでの爆発ガスの膨張によりピストン１１０が押し下げられる膨張行程とが順次実行される。図４の第４気筒Ｋ４の位相は膨張（爆発）行程の後半に位置し、第１気筒Ｋ１の位相は膨張行程の前半に位置し、第２気筒Ｋ２の位相は圧縮行程の後半に位置し、第３気筒Ｋ３の位相は圧縮行程の開始前に位置している。
図１に戻って、上記直噴エンジン１２とモータジェネレータＭＧとの間には、ダンパ３８を介してそれ等を直結するＫ０クラッチ３４が設けられている。このＫ０クラッチ３４は、油圧シリンダによって摩擦係合させられる単板式或いは多板式の摩擦クラッチ等の油圧式摩擦係合装置であり、油圧制御装置２８内の電磁式リニヤ制御弁によって係合解放制御されるとともに、本実施例ではトルクコンバータ１４の油室４０内に油浴状態で配設されている。Ｋ０クラッチ３４は、直噴エンジン１２を動力伝達経路に対して接続したり遮断したりする断接装置として機能する。モータジェネレータＭＧは、インバータ４２を介してバッテリー４４に接続されている。また、自動変速機２０は、複数の油圧式摩擦係合装置（クラッチやブレーキ）の係合解放状態によって変速比が異なる複数のギヤ段が成立させられる遊星歯車式等の有段の自動変速機で、油圧制御装置２８に設けられた電磁式の油圧制御弁や切換弁等によって変速制御が行われる。Ｃ１クラッチ１８は自動変速機２０の入力クラッチとして機能するもので、同じく油圧制御装置２８内の電磁式リニヤ制御弁によって係合解放制御される。
このようなハイブリッド車両１０は電子制御装置７０によって制御される。電子制御装置７０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び入出力インターフェースなどを有する所謂マイクロコンピュータを含んで構成されており、ＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行う。電子制御装置７０には、アクセル操作量センサ４８からアクセルペダルの操作量（アクセル操作量）Ａccを表す信号が供給される。また、エンジン回転速度センサ５０、ＭＧ回転速度センサ５２、タービン回転速度センサ５４、車速センサ５６、クランク角度センサ５８から、それぞれ直噴エンジン１２の回転速度（エンジン回転速度）ＮＥ、モータジェネレータＭＧの回転速度（ＭＧ回転速度）ＮＭＧ、タービン軸１６の回転速度（タービン回転速度）ＮＴ、出力軸２２の回転速度（出力軸回転速度で車速Ｖに対応）ＮＯＵＴ、８つの気筒１００毎のＴＤＣ（上死点）からの回転角度すなわちクランク角度ＣＡを表わすパルス信号Φが供給される。この他、各種の制御に必要な種々の情報が供給されるようになっている。上記アクセル操作量Ａccは出力要求量に相当する。
上記電子制御装置７０は、ハイブリッド制御部７２、変速制御部７４、エンジン停止制御部７６、およびエンジン始動制御部８０を機能的に備えている。ハイブリッド制御部７２は、たとえば図５に示す予め記憶された関係から車速Ｖおよび要求出力量（アクセル開度）に基づいて、モータジェネレータＭＧのみを駆動力源として走行するモータ走行領域、および、直噴エンジン１２のみ或いは直噴エンジン１２およびモータジェネレータＭＧを駆動力源として走行するエンジン走行領域のうちのいずれかの走行領域をたとえば図５に示す関係から決定し、決定された走行領域が得られるように直噴エンジン１２およびモータジェネレータＭＧの作動を制御することにより、モータ走行（ＥＶ走行）モード、エンジン走行モード、それ等の両方を選択的に用いて走行するエンジン＋モータ走行（ＨＶ走行）モード等の予め定められた複数の走行モードで走行させる。変速制御部７４は、油圧制御装置２８に設けられた電磁式の油圧制御弁や切換弁等を制御して複数の油圧式摩擦係合装置の係合解放状態を切り換えることにより、自動変速機２０の複数のギヤ段を、アクセル操作量Ａccや車速Ｖ等の運転状態をパラメータとして予め定められた関係或いは変速マップに従って切り換える。この関係或いは変速マップは、直噴エンジン１２或いはモータジェネレータＭＧの動作点を、要求駆動力を最適燃費或いは最適効率で満足させるように予め求められたものである。
エンジン停止制御部７６は、アクセルオフ、車速零、Ｄレンジ、ブレーキオンなどのアイドルストップ条件が成立したときに出されるエコラン停止要求や、走行中におけるエンジン走行領域からモータ走行領域への切り換え時のエンジン停止要求などに基づいて、直噴エンジン１２への燃料供給および点火を停止して直噴エンジン１２の回転を停止させ、必要に応じてＫ０クラッチ３４を解放させる。
また、エンジン停止制御部７６は、直噴エンジン１２の停止に際して、予め設定された低速回転数たとえば１０００ｒｐｍで安定させた後、予め実験的に求められたタイミングで燃料供給および点火を停止し、特定の気筒たとえば第１気筒Ｋ１および第４気筒Ｋ４が膨張行程となる位相、好適には図６(a)の第１気筒Ｋ１が４５°ＡＴＤＣ付近となる角度位置（位相）で直噴エンジン１２のクランク軸を停止させる。この直噴エンジン１２の停止位相制御は、モータジェネレータＭＧを用いて行なわれてもよいし、図示しないラチェット機構が用いられてもよい。
エンジン始動制御部８０は、気筒停止位相判定部８２、着火始動制御部８４、電動機アシスト制御部９４を備え、アイドルストップ時でのブレーキオフ、モータ走行領域からエンジン走行領域への切り換えなどに対応するエンジン再始動要求に応答して、直噴エンジン１２の着火始動を行なうとともに、必要に応じてモータジェネレータＭＧによるアシストを行なって直噴エンジン１２を再始動させ、たとえば直噴エンジン１２の回転速度（エンジン回転速度）ＮＥが予め設定された終了判定値ＮＥ１に到達したことに基づいて再始動制御を終了させ、Ｋ０クラッチ３４を係合させる。
気筒停止位相判定部８２は、たとえば、直噴エンジン１２のクランク軸１１４のＴＤＣ（上死点）からのクランク角度ＣＡを検出するクランク角度センサ５８からの信号Φに基づいて、直噴エンジン１２の複数気筒のうちの所定の第１気筒Ｋ１のクランク角度ＣＡが０〜９０°ＡＴＤＣの角度範囲内たとえば４５°ＡＴＤＣ付近に位置している停止状態か否かを判定する。
着火始動制御部８４は、気筒停止位相判定部８２により直噴エンジン１２のいずれかの気筒すなわち第１気筒Ｋ１が圧縮ＴＤＣに位置している位相状態であると判定された後、再始動要求に応答して、第１気筒Ｋ１内に燃料噴射弁４６から燃料を噴射し且つ点火プラグ４７により多重点火することにより初爆（第１爆発）を発生させてエンジン回転速度ＮＥの立ち上げを行なうとともに、続いて同様に多重点火により、第２気筒Ｋ２内に第２爆発を発生させさらに第３気筒Ｋ３内に第３爆発を発生させてエンジン回転速度ＮＥを更に立ち上げる。図６は、Ｖ型８気筒４サイクルの直噴エンジン１２における、着火始動制御部８４の着火始動プロセスを説明する気筒位相図であって、(a) は第１気筒Ｋ１が４５°ＡＴＤＣ（上死点後）に位置している停止状態を示し、(b) はその停止状態で第１気筒Ｋ１内に燃料噴射弁４６からの燃料噴射および点火プラグ４７による点火が行なわれた状態を示し、（c）は第１気筒Ｋ１内の点火により初爆が発生して、その初爆によるトルクでクランク軸が回転開始し、第２気筒Ｋ２内の圧縮化を第３気筒Ｋ３内の圧縮化とが開始される状態を示し、（d）は圧縮完了した第２気筒Ｋ２内への燃料噴射および点火が行われた状態を示し、(e) は第２気筒Ｋ２内の第２爆発により発生したトルクによりさらに回転して第３気筒Ｋ３内の膨張と第４気筒Ｋ４内の圧縮がさらに進んだ状態を示し、(f) は第２気筒Ｋ２内の第２爆発により発生したトルクによりさらに回転して第３気筒Ｋ３がＴＤＣに到達してその第３気筒Ｋ３内に燃料噴射弁４６からの燃料噴射および点火プラグ４７による点火が行なわれた状態を示している。(b) 状態における第４気筒Ｋ４内はその直後の排気弁の開弁により失火可能性が高く、その第４気筒Ｋ４に対する燃料噴射および点火はされない。
着火始動制御部８４は、燃料噴射制御部８６、着火判定部８８、点火回数学習制御部９０、多重点火制御部９２を備えている。燃料噴射制御部８６は、直噴エンジン１２の始動時の燃料噴射量を、たとえば、予め記憶された関係から噴射すべき気筒内の容積、気温、エンジン冷却水温などに基づいて算出し、再始動要求に応答して上記燃料噴射量を得る時間幅の噴射信号で燃料噴射弁４６を駆動し、その燃料噴射弁４６から燃料を、初爆気筒である第１気筒Ｋ１およびそれに続く第２気筒Ｋ２、第３気筒、第４気筒内へ順次噴射させる。図７は、所定の気筒に対する燃料噴射および点火作動を説明するタイムチャートであり、ｔ１時点は上記の燃料噴射開始タイミングを示している。
次いで、多重点火制御部９２は、噴射信号パルスの立ち下がりのタイミングすなわち図７のｔ２時点から，たとえば４ｍｓ程度の周期の点火信号の連なりを噴射信号の後に図示しないイグナイタへ出力させ、そのイグナイタから出力された高電圧（誘導起電力）で、燃料噴射された気筒に備えられた点火プラグ４７において複数のアークを連続的に発生させる。点火信号の立ち下がりのタイミングすなわち図７のｔ３時点でイグナイタから高電圧が出力される。始動当初は気筒内での流れが少なく、霧化或いは気化状態となった燃料が空気との混合により可燃空燃比範囲となった混合気が点火プラグ４７を通過するまでの時間がばらつくが、上記連続的に発生させられた複数のアークのいずれかの時点で燃焼が開始される。
着火判定部８８は、燃料噴射制御部８６により燃料噴射された初爆気筒において、点火信号パルス供給直後の点火プラグ４７の電極に所定強度たとえば数百ボルト程度の直流電界を与えたときに検出される、燃焼により発生するイオン電流が予め設定された燃焼開始判定値（閾値）を越えたか否かに基づいて着火（初爆）を判定する。図７のｔ５時点はこの状態を示している。初爆気筒には、好適には、コロナ放電に適したギャップを有するイオン電流検知用電極を含む点火プラグが装着され、また、そのイオン電流検知用電極に直流電界を引火する電源装置が接続されている。多重点火制御部９２は、図７の破線に示されるように、その着火判定部８８による着火判定以後の点火信号の出力を中止する。
点火回数学習制御部９０は、上記着火判定部８８により判定されが着火時点ｔ５に基づいて学習後の次回以降の始動時のエンジン始動時の多重点火のための点火信号の数すなわち点火回数を、着火時点ｔ５から前の点火信号数を所定数に減少させ且つ着火時点ｔ５から後の点火信号数を零または所定数とするように減少させるように学習により変更し、多重点火制御部９２に次回のエンジン始動時にその点火信号を出力させる。たとえば、４つ目の点火信号の立ち下がりで着火が判定された場合は、図８に示すように、それよりも１つ前の３つ目の点火信号から、着火が判定された４つ目の点火信号までの点火信号パルスを、学習後である次回以後の着火始動時に出力させる。たとえば、次回の多重点火のための点火信号としては、着火判定タイミングｔ５時点前の所定数のパルス周期から着火判定テイミングｔ５時点までの点火信号パルスから構成される。着火判定タイミングｔ５時点前の所定数の点火信号パルス数は、燃料が霧化或いは気化状態した燃料が空気と混合により可燃空燃比範囲となった混合気が点火プラグ４７に到達するまでの時間のばらつきに拘わらず着火を安定化させるための余裕値であり、予め実験的に定められる。
電動機アシスト制御部９４は、多重点火制御部９２による多重点火だけで直噴エンジン１２の回転が立ち上がる場合は、トルクアシストを行なわないが、直噴エンジン１２の失火などに起因して初爆が行なわれなかった場合や、着火始動制御部８４による最初の点火操作の後に直噴エンジン１２の回転速度が低下してその立ち上がりが十分でないと判定された場合は、その回転上昇区間内において直ちにＫ０クラッチ３４を係合させるとともにモータジェネレータＭＧによるトルクアシストを行なって直噴エンジン１２のエンジン回転速度ＮＥを予め設定された自力運転可能回転速度以上まで再上昇させて直噴エンジン１２を再始動させる。
着火始動制御部８４の着火始動制御により立ち上げられ、或いはそれに加えて電動機アシスト制御部９４によるＫ０クラッチ３４の係合およびモータジェネレータＭＧによるトルクアシストによりさらに立ち上げられるエンジン回転速度ＮＥが、予め４００ｒｐｍ程度に設定された自力運転可能回転速度ＮＥ１に到達したか否か、または、そのエンジン回転速度ＮＥの変化率（上昇率すなわち上昇速度）ｄＮＥ／ｄｔが予め設定された自律運転可能上昇速度ｄＮＥ１／ｄｔに到達したか否かに基づいて、直噴エンジン１２の再始動時のトルクアシストの終了すなわち直噴エンジン１２の再始動制御終了が判定される。
図９および図１０は、電子制御装置７０の制御作動の要部を説明するフローチャートであり、たとえば数ｍ秒乃至十数ｍ秒の周期で繰り返し実行される。図９は、学習前の多重点火による当初の着火始動制御を示し、図１０は学習以降の多重点火による着火始動制御を示している。
図９において、ステップＳ１（以下、ステップを省略する）では、前記再始動要求が出されたか否かが判断される。Ｓ２では、直噴エンジン１２の停止クランク角度位置（停止位相）および膨張行程停止気筒が検出されるとともに、その位相に基づいて再始動のための燃料の要求噴射量が算出される。このＳ２は、気筒停止位相判定部８２および燃料噴射制御部８６に対応している。次いで、燃料噴射制御部８６に対応するＳ３では、膨張行程気筒たとえば第１気筒Ｋ１に燃料噴射が行なわれる。図７のｔ１〜ｔ２区間はこの状態を示している。そして、多重点火制御部９２に対応するＳ４では、図７のｔ２時点以後に示すように複数の点火信号が燃料噴射が行なわれた気筒の点火プラグ４７にアークを発生させるために連続的に出力される。
着火判定部８８に対応するＳ５では、点火信号直後においてイオン電流が予め設定された着火判定値（閾値）以上となったか否か、すなわち初爆が発生したか否かが判定される。このＳ５の判断が否定される場合は、このＳ５が繰り返し実行されることで待機させられる。しかし、このＳ５の判断が肯定される場合は、Ｓ６以下が実行される。図７のｔ５時点がこの状態を示している。
点火回数学習制御部９０および多重点火制御部９２に対応するＳ６では、イオン電流が着火判定値以上となって着火と判定されたときの点火番号が記録されるとともに、それ以後の多重点火が停止させられる。次いで、多重点火制御部９２に対応するＳ７では、直噴エンジン１２が自律作動可能な回転数まで上記の多重点火作動が点火順序の気筒毎に繰り返し行なわれるとともに、直噴エンジン１２が自律作動状態に到達すると本着火始動制御が終了させられる。
学習後である次回以降の直噴エンジン１２の着火始動時には、図１０の制御作動が実行される。図１０において、Ｓ１１乃至Ｓ１３が図９のＳ１およびＳ３と同様に実行される。次いで、点火回数学習制御部９０に対応するＳ１４において、エンジン始動に際してイオン電流が着火判定値を越えた着火（爆発）タイミングであるｔ５時点に基づいて次回以降の始動時のエンジン始動時の多重点火のための点火信号の数およびタイミングが学習により変更される。たとえば、図８に示すように、イオン電流検出により着火判定された時点よりも１つ前の３つ目の点火信号から、着火が判定された４つ目の点火信号までの点火信号パルスが、次回以降の着火始動時に出力させるために設定される。
上述のように、本実施例のハイブリッド車両１０のエンジン始動制御部８０によれば、少なくとも初爆気筒すなわち第２気筒にＫ２対して、直噴エンジン１２の着火始動に際しては、その着火始動よりも前に行われた着火始動の着火（爆発）タイミングに基づき、その着火始動よりも前に行われた着火始動に比べて、少ない点火回数の多重点火で直噴エンジン１２の始動が行なわれるので、点火に要する電力消費量を少なくすることができる。
また、本実施例のハイブリッド車両１０のエンジン始動制御部８０によれば、所定の初爆気筒すなわち第２気筒にＫ２内での燃焼時に発生するイオン電流に基づいてその気筒内での着火（初爆）を検知する着火判定部を備え、着火始動に際して、その着火始動よりも前に行われた着火始動の着火（初爆）の発生タイミングに基づいて多重点火の回数を学習し、学習後の次回以降の着火始動時の多重点火回数が少なくされる。このため、たとえば、着火始動では、それよりも前に行われた着火始動でイオン電流が閾値を超えたことが判定された着火（爆発）タイミングを含む少なくともその前の区間内で複数回点火することにより、確実な点火を確保しつつ点火回数が少なくされる。
また、本実施例のハイブリッド車両１０のエンジン始動制御部８０によれば、直噴エンジン１２に連結され、その直噴エンジン１２の始動時にその直噴エンジン１２の回転を立ち上げるモータジェネレータ（電動機）ＭＧを備え、着火判定部８８においてイオン電流に基づく着火が検知されない場合は、そのモータジェネレータＭＧを用いて直噴エンジン１２の始動が行われる。このため、着火始動の失敗によりイオン電流に基づく着火が検知されないときは、モータジェネレータＭＧを用いて直噴エンジン１２の始動が行なわれるので、直噴エンジン１２の始動性或いは応答性が確保される。
また、本実施例のハイブリッド車両１０のエンジン始動制御部８０によれば、直噴エンジン１２は、その作動停止に際して、予め設定された初爆気筒すなわち第１気筒Ｋ１が膨張工程となるようにたとえば４５°ＡＴＤＣ付近となるように回転停止させられるものであり、着火判定部８８は、その初爆気筒に装着されたプラグを用いてイオン電流を検知するように配設されている。このため、着火判定部８８は所定の初爆気筒のみで検知するように構成されても、着火始動に際して最速でイオン電流の検知を行なうことができ、適切な点火タイミングを考慮した直噴エンジン１２の始動が可能となる。
また、本実施例のハイブリッド車両１０のエンジン始動制御部８０によれば、直噴エンジン１２の予め設定された回転条件でその直噴エンジン１２に対する燃料噴射および／または点火を停止させることで、所定の初爆気筒が膨張工程となるように前記直噴エンジンを回転停止させるエンジン停止制御部７６を備える。このため、直噴エンジン１２に連結された電動機やラチェット装置を用いることなく、所定の初爆気筒が膨張工程に位置するように直噴エンジン１２が回転停止させられる。
また、本実施例のハイブリッド車両１０のエンジン始動制御部８０によれば、直噴エンジン１２は、走行用の駆動力源として用いることができるモータジェネレータ（電動機）ＭＧを有するハイブリッド車両において、Ｋ０クラッチ３４を介してモータジェネレータＭＧと選択的に連結されるものであり、そのモータジェネレータＭＧは、直噴エンジン１２の始動時にその直噴エンジン１２の回転速度の上昇区間に、Ｋ０クラッチ３４を介してアシストトルクを直噴エンジン１２に伝達することで、直噴エンジン１２の回転速度の上昇に対する助勢を行なうものである。このため、直噴エンジン１２の始動時において、直噴エンジン１２の回転速度の上昇区間に、モータジェネレータＭＧから出力されるアシストトルクをＫ０クラッチ３４を介して直噴エンジン１２に伝達することで、直噴エンジン１２の回転速度の上昇に対する助勢を行なうことができるため、直噴エンジン１２がＫ０クラッチ３４により動力伝達経路に対して断接されるハイブリッド車両において、停止中の直噴エンジン１２を必要且つ十分なアシストトルクを用いて始動を行なうことができる。また、直噴エンジン１２の始動時のバッテリー（蓄電装置）４４の電気エネルギの消費量が小さくなり、常時蓄電装置に担保するエンジン始動用の電気エネルギが少なくなるので、電動機走行領域が拡大されて車両の燃費が好適に改善される。
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。
たとえば、前述の車両は、直噴エンジン１２とモータジェネレータＭＧから駆動輪２６までの動力伝達経路とがＫ０クラッチ３４により断接されるパラレル型等のハイブリッド車両１０であったが、直噴エンジン１２を駆動源として用いる車両、たとえば有段式自動変速機や無段変速機を搭載した車両などにも適用される。本発明は、ハイブリッド車両１０では、電動機走行からエンジン走行への切り換え時に直噴エンジン１２を始動させる際に適用され、有段自動変速機や無段変速機を搭載した車両では、アイドルストップ状態からエンジンを始動させる際に適用される。上記Ｋ０クラッチ３４としては、単板式、多板式等の油圧式摩擦係合クラッチ、磁粉クラッチ、電磁クラッチが好適に用いられる。
また、前述の実施例のハイブリッド車両１０は、駆動用電動機として１つのモータジェネレータＭＧを備えるものであったが、たとえば図１の自動変速機２０の出力軸に設けられて車両差動歯車装置２４を介して左右の駆動輪２６を駆動する第２のモータジェネレータが設けられてもよい。また、４輪駆動車両を構成するために、図１には示されない他の車輪（駆動輪２６が後輪であれば前輪）を専ら駆動する第２のモータジェネレータが設けられてもよい。
また、前述の実施例のハイブリッド車両１０は、ロックアップクラッチ３０付トルクコンバータ１４をＫ０クラッチ３４と自動変速機２０との間に備えていたが、そのトルクコンバータ１４は必ずしも設けられていなくてもよい。また、自動変速機２０の入力クラッチとして機能するＣ１クラッチ１８は自動変速機２０の中に収容されていて、変速段を達成するための複数の摩擦係合装置のうちの１つを構成していてもよい。
また、前述のハイブリッド車両１０の直噴エンジン１２は、ガソリンエンジンが好適に用いられ、３気筒以上の多気筒エンジン、特に６気筒、８気筒、１２気筒等の直噴エンジンに適用することもできる。要するに、複数の気筒のうちの所定の初爆気筒が上死点後の所定範囲内の回転位相に位置し且つその初爆気筒が膨張行程であって排気弁が開弁しておらず、その膨張行程の気筒内に燃料を噴射して着火始動できる往復動内燃機関であれば適用可能である。
また、前述の実施例の直噴エンジン１２は、Ｖ型８気筒のエンジンであったが、直噴エンジンが第１気筒のクランク角ＣＡが第１気筒Ｋ１のＴＤＣ（上死点）と点火順序で第２気筒Ｋ２のＴＤＣ（上死点）との間に位置している第１気筒Ｋ１が圧縮行程にあってその第１気筒Ｋ１の排気弁が閉じているエンジンであれば本発明が適用され得る。圧縮行程においてＡＴＤＣが１４０°以降に排気弁の開弁が開始される一般的なエンジンであれば、直噴エンジン１２は５気筒以上の複数気筒を備えるものであればよい。これによれば、直噴エンジン１２は、３気筒以上の４サイクル直噴エンジンすなわち、３気筒、４気筒、５気筒、６気筒、８気筒、１２気筒などの直噴エンジンであれば、所定の気筒である第１気筒のクランク角ＣＡが第１気筒Ｋ１のＴＤＣ（上死点）と点火順序で第２気筒Ｋ２のＴＤＣ（上死点）との間に位置している状態で前記直噴エンジンを始動させるに際して、膨張行程にあり且つ排気弁が開弁していない第１気筒Ｋ１内に燃料を直接噴射し且つ点火して該第１気筒内で第１の爆発を発生させることでエンジン回転速度ＮＥを立ち上げて必要且つ十分なアシストトルクを用いて始動を行なうことができ、また、それにより、３気筒以上の４サイクル直噴エンジンの始動時の蓄電装置の電気エネルギの消費量が小さくなり、常時蓄電装置に担保するエンジン始動用の電気エネルギが少なくなるので、電動機走行領域が拡大されて車両の燃費が好適に改善される。
また、前述の電動機アシスト制御部９４は、モータジェネレータＭＧを用いてエンジン回転速度ＮＥの立ち上げのためのトルクアシストを行っていたが、直噴エンジン１２に設けられたセルモータを用いてエンジン回転速度ＮＥの立ち上げやトルクアシストを行ってもよい。
また、前述の実施例のＳ６では、イオン電流が予め設定された着火判定値以上となったことに基づいて気筒内の爆発が判定されていたが、エンジン１２に設けられた振動センサの出力が所定値以上、或いはエンジン回転速度ＮＥの変化率が所定値以上に基づいて気筒内の爆発が判定されてもよい。
なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり、本発明はその精神を逸脱しない範囲で、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
１０：ハイブリッド車両
１２：直噴エンジン
３４：Ｋ０クラッチ（クラッチ）
４４：バッテリー（蓄電装置）
７０：電子制御装置（エンジン始動制御装置）
７６：エンジン停止制御部
８０：エンジン始動制御部
８４：着火始動制御部
８８：着火判定部
９０：点火回数学習制御部
９２：多重点火制御部
９４：電動機アシスト制御部
ＭＧ：モータジェネレータ（電動機）

Claims (6)

  1. 直噴エンジンを備える車両において、該直噴エンジンの始動に際して該直噴エンジンの複数の気筒のうち膨張行程にある所定の気筒に対して燃料噴射および多重点火を行って該直噴エンジンの回転を立ち上げる着火始動を行なう形式の車両用直噴エンジンの始動制御装置であって、
    前記直噴エンジンの着火始動に際し、その着火始動よりも前に行われた着火始動の着火タイミングに基づき、その着火始動よりも前に行われた着火始動に比べて前記所定の気筒に対する点火回数を少なくすることを特徴とする車両用直噴エンジンの始動制御装置。
  2. 前記所定の気筒内で燃焼の発生時に発生するイオン電流に基づいてその所定の気筒内での着火を検知する着火判定部を備え、
    着火始動時におけるイオン電流の発生タイミングに基づいて前記点火回数を学習し、その学習後の着火始動時の点火回数を少なくすることを特徴とする請求項１の車両用直噴エンジンの始動制御装置。
  3. 前記直噴エンジンに連結され、その直噴エンジンの始動時にその直噴エンジンの回転を立ち上げる電動機を備え、
    前記着火判定部において前記イオン電流に基づく着火が検知されない場合は、その電動機を用いて前記直噴エンジンの始動を行なうことを特徴とする請求項２の車両用直噴エンジンの始動制御装置。
  4. 前記直噴エンジンは、その作動停止に際して、前記所定の気筒が膨張工程となるように回転停止させられるものであり、
    前記着火判定部は、前記所定の気筒でのイオン電流を検知するように配設されていることを特徴とする請求項２または３の車両用直噴エンジンの始動制御装置。
  5. 前記直噴エンジンの予め設定された回転条件で該直噴エンジンに対する燃料噴射および／または点火を停止させることで、前記所定の気筒が膨張行程となるように前記直噴エンジンを回転停止させるエンジン停止制御部を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１の車両用直噴エンジンの始動制御装置。
  6. 前記直噴エンジンは、走行用の駆動力源として用いることができる電動機を有するハイブリッド車両において、クラッチを介して前記電動機と選択的に連結されたものであり、
    前記電動機は、前記直噴エンジンの始動時の回転速度の上昇区間に、前記クラッチを介してアシストトルクを該直噴エンジンに伝達することで、該直噴エンジン回転速度の上昇に対する助勢を行なうことを特徴とする請求項１または２の車両用直噴エンジンの始動制御装置。
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