JP6064512B2

JP6064512B2 - エンジン制御装置

Info

Publication number: JP6064512B2
Application number: JP2012233839A
Authority: JP
Inventors: 佑輔高橋
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2012-10-23
Filing date: 2012-10-23
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2032-10-23
Also published as: JP2014083947A

Description

本発明は、エンジン制御装置に関し、特に、複数の気筒を有するエンジンのクランク軸にモータが連結されたハイブリッド車両のエンジン制御装置に関する。

一般的に、レシプロエンジン（以下、単にエンジンという）では、燃焼サイクルに合わせて燃料噴射や点火プラグのスパークを制御している。そのため、エンジンの各種制御を行うために、各気筒の吸気行程−圧縮行程−膨張行程−排気行程の判別に、クランク軸の回転センサと、吸排気バルブ駆動用のカム軸に取り付けられた位相判別用センサとの２種類のセンサを用いている。

一方、エンジンのクランク軸にモータ・ジェネレータを直結したハイブリッドシステムも知られている。このようなハイブリッドシステムにおいては、クランク軸の回転角度を検出するエンジン回転センサの他に、モータ・ジェネレータの電気的位相を判別するモータ回転センサが複数設けられている。

特開２００１−３４２９３４号公報

ところで、上述のハイブリッドシステムでは、クランク軸の回転角度を検出するエンジン回転センサと、モータ・ジェネレータの回転角度を検出するモータ回転センサとが重複して用いられているため、装置構成が複雑化すると共にコストの上昇を招く可能性もある。

本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡素な構成で、モータの回転角度を検出するセンサのみを用いて任意の気筒の動作状態を判定することができるエンジン制御装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明のエンジン制御装置は、複数の気筒を有するエンジンのクランク軸にモータが連結されたハイブリッド車両のエンジン制御装置であって、前記モータの回転角度を検出する回転角度検出手段と、前記クランク軸の回転数が安定するように前記モータの駆動を制御すると共に任意の気筒に燃料を噴射させ、燃料噴射から前記回転角度検出手段が回転変動を検出するまでの時間に基づいて、当該気筒の動作状態を判定する制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、前記制御手段は、前記エンジンが停止した際に圧縮上死点にある気筒をその後前記エンジンが始動した際に動作状態を判定する気筒に選定すると共に、当該気筒が圧縮上死点にあると推定されるタイミングで燃料を噴射させるものであってもよい。

本発明のエンジン制御装置によれば、簡素な構成で、モータの回転角度を検出するセンサのみを用いて任意の気筒の動作状態を判定することができる。

本発明の一実施形態に係るエンジン制御装置を示す模式的な全体構成図である。本発明の一実施形態に係るエンジン制御装置において、（ａ）はモータトルクの変化、（ｂ）はエンジン回転数の変化、（ｃ）は燃料噴射タイミングを示すタイムチャートである。図２の要部拡大図である。本発明の一実施形態に係るエンジン制御装置による制御フローを示すフローチャートである。

以下、図１〜４に基づいて、本発明の一実施形態に係るエンジン制御装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１に示すように、本実施形態のエンジン制御装置は、ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０のクランク軸にモータ・ジェネレータ１１が直結されたハイブリッド車両に適用されるものである。

エンジン１０は、複数の気筒（本実施形態では４気筒）を備えた４サイクルエンジンであって、各気筒＃１〜４には燃料を噴射するインジェクタ１２がそれぞれ設けられている。インジェクタ１２は、図示しない高圧ポンプから供給される加圧燃料を畜圧するコモンレール１３に接続されており、後述する電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）４０から入力される指示信号に応じて燃料噴射が制御されるように構成されている。

モータ・ジェネレータ１１は、公知の構造であって、ハウジング１４内に収容されたステータ１５と、エンジン１０のクランク軸に直結されたロータ１６とを備えている。また、モータ・ジェネレータ１１には、図示しないバッテリが接続されており、その駆動をＥＣＵ４０から入力される指示信号に応じて制御されるように構成されている。さらに、モータ・ジェネレータ１１には、ロータ１６の回転角度を検出する公知のホールＩＣ、レゾルバ等の回転センサ１７が設けられている。この回転センサ１７で検出されるロータ１６の回転角度（以下、モータ回転角度という）は、電気的に接続されたＥＣＵ４０に出力される。なお、本実施形態において、ロータ１６はエンジン１０のクランク軸に直結されているので、回転センサ１７により検出されるモータ回転角度はクランク軸の回転角度と等しくなる。

ＥＣＵ４０は、エンジン１０やモータ・ジェネレータ１１の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。この各種制御を行うために、ＥＣＵ４０には回転センサ１７、アクセル開度センサ（不図示）等の各種センサの出力信号が入力される。

また、ＥＣＵ４０は、燃料噴射制御部４１と、モータ・ジェネレータ制御部４２と、判定気筒選定部４３と、気筒動作状態判定部４４とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、本実施形態では一体のハードウェアであるＥＣＵ４０に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。

燃料噴射制御部４１は、回転センサ１７やアクセル開度センサ（不図示）から入力されるエンジン１０の運転状態に基づいて、インジェクタ１２の燃料噴射を制御する。また、燃料噴射制御部４１は、気筒の動作状態を判定する際は、気筒動作状態判定部４４から入力される指示信号に応じて、選定された気筒のインジェクタ１２に所定量の燃料噴射を実行させる。

モータ・ジェネレータ制御部４２は、車両の走行状態に応じてモータ・ジェネレータ１１の駆動を制御する。また、モータ・ジェネレータ制御部４２は、車両の制動時にはモータ・ジェネレータ１１を発電機として駆動させる。さらに、モータ・ジェネレータ制御部４２は、気筒の動作状態を判定する際は、気筒動作状態判定部４４から入力される指示信号に応じて、エンジン回転数をアイドル回転数付近で安定させるべく、モータ・ジェネレータ１１のトルクを上昇させる。

判定気筒選定部４３は、回転センサ１７から入力される情報に基づいて、任意の気筒＃１〜４から動作状態の判定を行うのに最適な一個の気筒を選定する。より詳しくは、判定気筒選定部４３は、エンジン１０が停止した際（回転センサ１７の検出値が０）に、回転センサ１７から入力されるモータ回転角度に基づいて圧縮上死点にある気筒を判定してメモリに記憶する。そして、メモリに記憶された気筒は、次回イグニッションがＯＮ操作された際に動作状態の判定を行う気筒に選定される。すなわち、エンジン１０の停止時及び始動時において圧縮上死点にある気筒が、動作状態を判定するのに最適な気筒として選定されるように構成されている。

気筒動作状態判定部４４は、回転センサ１７から入力される情報に基づいて、判定気筒選定部４３により選定された気筒の動作状態を判定する。以下、判定の詳細を図２，３に基づいて説明する。

気筒動作状態判定部４４は、最初にエンジン回転数を所定の回転数（例えば、アイドル回転数付近）で安定させるべく、モータ・ジェネレータ制御部４２にモータ・ジェネレータ１１のトルクを上昇させる指示信号を入力する（図２のＴ１参照）。その後、エンジン回転数がアイドル回転数付近で安定すると（図２のＴ２参照）、燃料噴射制御部４１に選定した気筒のインジェクタ１２から燃料を噴射させる指示信号を入力する（図２，３のＴ３参照）。ここで、燃料噴射を実行させる指示信号は、選定された気筒が圧縮上死点にあると推定されるタイミングで入力される。

そして、気筒動作状態判定部４４は、噴射した燃料の燃焼により回転センサ１７が回転変動を検出すると、燃料噴射タイミングから回転変動検出までに要した時間に基づいて選定した気筒の動作状態を判定する。例えば、燃料噴射タイミングから回転変動検出までの時間が極めて短い所定の第１閾値以下の場合（図３のＡ参照）、気筒の動作状態は圧縮上死点と判定される。これは、燃料噴射タイミングで気筒が圧縮上死点にあれば、燃料は即座に燃焼するためである。

なお、上述したように、選定した気筒への燃料噴射は、この気筒が圧縮上死点にあると推定されるタイミングで実行される。この燃料噴射タイミングは、選定した気筒が圧縮上死点にあるエンジン始動時から、回転センサ１７の出力に基づいてサイクル数をカウントすることで推定される。しかしながら、外乱等の影響で、選定した気筒がエンジン始動時に圧縮上死点にない可能性もある。そのため、推定した燃料噴射タイミングで燃料噴射を実行しても、実際は圧縮上死点から外れてしまう場合が想定される。このような場合、本実施形態の気筒動作状態判定部４４は、気筒の動作状態を以下のように判定する。

燃料噴射タイミングから回転変動検出までの時間が第１閾値よりも長い所定の第２閾値以下の場合（図３のＢ参照）、気筒動作状態判定部４４は気筒の動作状態を吸気下死点と判定する。これは、燃料噴射タイミングで気筒が吸気下死点にあれば予混合状態となり、燃料は次の圧縮上死点で燃焼するためである。

また、燃料噴射タイミングから回転変動検出までの時間が第２閾値よりも長い所定の第３閾値以下の場合（図３のＣ参照）、気筒動作状態判定部４４は気筒の動作状態を排気上死点と判定する。これは、燃料噴射タイミングで気筒が排気上死点にあれば予混合状態となり、燃料は吸気行程〜圧縮行程を経てから燃焼するためである。

さらに、燃料噴射を実行しても回転変動を検出しなかった場合（図３のＤ参照）、気筒動作状態判定部４４は、気筒の動作状態を膨張下死点と判定する。これは、燃料噴射タイミングで気筒が膨張行程後の下死点にあれば、燃料は次の排気行程で排出されて、４サイクル後においても燃焼が起こらないためである。

次に、図４に基づいて、本実施形態のエンジン制御装置による制御フローを説明する。なお、本制御はエンジン１０の始動（イグニッション・ＯＮ操作）と同時にスタートする。

ステップ１００（以下、ステップを単にＳと記載する）では、前回エンジン１０を停止（イグニッション・ＯＦＦ操作）させた際に記憶された圧縮上死点にある気筒が、動作状態の判定に最適な気筒として選定される。

Ｓ１１０では、エンジン回転数を所定の回転数（アイドル回転数付近）で安定させるべく、モータ・ジェネレータ１１のトルクが増加される。

Ｓ１２０では、エンジン回転数（回転センサ１７の検出値）が所定の回転数で安定しているか否かが確認される。所定の回転数で安定している場合はＳ１３０に進み、安定していない場合はＳ１１０に戻される。

Ｓ１３０では、選定した気筒が圧縮上死点にあると推定されるタイミングで、インジェクタ１２から燃料噴射が実行される。

Ｓ１４０では、燃料噴射タイミングから回転変動検出までの時間Ｔに基づいて、選定した気筒の動作状態が判定される。時間Ｔが所定の第１閾値以下の場合は、燃料が即座に燃焼したものとして、気筒の動作状態を圧縮上死点と判定（Ｓ１５０）してリターンされる。一方、時間Ｔが第１閾値を超えた場合はＳ１６０に進む。

Ｓ１６０で時間Ｔが第１の閾値よりも長い所定の第２閾値以下の場合は、気筒の動作状態を吸気下死点と判定（Ｓ１７０）してリターンされる。一方、時間Ｔが第２閾値を超えた場合はＳ１８０に進む。

Ｓ１８０で時間Ｔが第２閾値よりも長い所定の第３閾値以下の場合は、気筒の動作状態を排気上死点と判定（Ｓ１９０）してリターンされる。一方、時間Ｔが第３閾値を超えた場合、すなわち、燃焼による回転変動が生じなかった場合は、膨張下死点と判定（Ｓ２００）してリターンされる。その後、判定されたエンジン位相とモータ位相を用いて、モータ回転センサによりエンジンの噴射制御を行う。

次に、本実施形態に係るエンジン制御装置の作用効果を説明する。

本実施形態のエンジン制御装置は、エンジン回転数を安定させた状態で任意の気筒に燃料噴射を行い、この燃料噴射から回転センサ１７が回転変動を検出するまでの時間に基づいて、気筒の動作状態を判定する。すなわち、モータ・ジェネレータ１１の回転角度を検出する回転センサ１７のみを用いて、気筒の動作状態を正確に判定することが可能に構成されている。

したがって、本実施形態のエンジン制御装置によれば、単一のセンサのみを用いて、モータ・ジェネレータ１１の回転状態及び、気筒の動作状態を判定することが可能となり、装置構成を簡素化することができる。

また、本実施形態のエンジン制御装置は、気筒の動作状態を判定する際の燃料噴射は、この気筒が圧縮上死点にあると推定されるタイミングで行われる。すなわち、膨張下死点で燃料噴射を行った場合、噴射した燃料は燃焼することなく排出されるが、圧縮上死点で燃料噴射を行うことで、噴射した燃焼を効果的に燃焼させるように構成されている。

したがって、本実施形態のエンジン制御装置によれば、気筒の動作状態を判定するために噴射した燃料を効果的に燃焼させて、無駄な燃料消費を確実に抑制することができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、気筒の動作状態を判定する際に安定させるエンジン回転数は、アイドル回転数付近に限定されず、噴射した燃料が着火しうる回転数であればよい。

また、ハイブリッド車両は、モータ・ジェネレータ１１がエンジン１０のクランク軸に直結されるものとして説明したが、例えばクラッチ等を介して連結されるものであってもよい。この場合は、クラッチが接続された状態で気筒の動作状態を判定すればよい。

また、エンジン１０は、ディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジン等の他のエンジンにも広く適用することが可能である。

１０エンジン
１１モータ・ジェネレータ（モータ）
１２インジェクタ
１３コモンレール
１４ハウジング
１５ステータ
１６ロータ
１７回転センサ（回転角度検出手段）
４０ＥＣＵ（制御手段）

Claims

複数の気筒を有するエンジンのクランク軸にモータが連結されたハイブリッド車両のエンジン制御装置であって、
前記モータの回転角度を検出する回転角度検出手段と、
前記エンジンの回転数が所定の回転数で安定するように前記モータの駆動を制御すると共に任意の気筒に燃料を噴射させ、燃料噴射から前記回転角度検出手段が回転変動を検出するまでの時間に基づいて、当該気筒の動作状態が、圧縮上死点、吸気下死点、排気上死点及び膨張下死点のいずれであるかを判定する制御手段と、を備えることを特徴とするエンジン制御装置。
前記制御手段は、
前記エンジンが停止した際に圧縮上死点にある気筒をその後前記エンジンが始動した際に動作状態を判定する気筒に選定すると共に、当該気筒が圧縮上死点にあると推定されるタイミングで燃料を噴射させる請求項１記載のエンジン制御装置。