JP6233011B2 - エンジン制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の燃焼モードを切り替えつつ運転可能なエンジンを制御するエンジン制御装置の技術分野に関する。

この種の装置として、例えば、エンジン回転数及びエンジン負荷に基づく燃焼モードマップを用いて、リーン燃焼モードとストイキ燃焼モードとを切り替え制御する装置が提案されている（特許文献１参照）。

或いは、車両発進時における運転者のクラッチ操作の仕方で変化するエンジンへの負荷要求の変化等を予め予測・認識して、エンジンの燃焼の切替要求を制限する装置が提案されている（特許文献２参照）。

或いは、エンジンの運転状態に応じて成層燃焼モードから均質燃焼モードへ切り替え可能な装置であって、エンジンの負荷が所定の低負荷領域へと移行すると予想されるときに、成層燃焼モードから均質燃焼モードへの切り替えを禁止する装置が提案されている（特許文献３参照）。

或いは、成層燃焼モードと均一燃焼モードとを切り替えて運転可能なエンジンの目標負荷の変化状態に基づいて、燃焼モードの切り替えを予測する装置が提案されている（特許文献４参照）。

特開２００８−１５７１０４号公報 特開２００３−２１４２１６号公報 特開２００１−１５２９１４号公報 特開２０００−２０５００６号公報

特許文献１に記載の技術では、エンジンに対する要求出力が増加した際に、燃焼モードの切り替えが頻繁に発生し、ドライバビリティが低下する可能性があるという技術的問題点がある。特許文献２乃至４に記載の技術では、この問題点を解決することは困難である。

本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、燃焼モードの切り替えの頻繁な発生を抑制することができるエンジン制御装置を提供することを課題とする。

本発明のエンジン制御装置は、上記課題を解決するために、燃焼領域に応じて複数の燃焼モードを相互に切り替えて運転可能なエンジンを備える車両に搭載されたエンジン制御装置であって、前記車両に係るアクセル操作量の変化に起因して、前記エンジンの現在の燃焼モードから、前記現在の燃焼モードに対応する第１燃焼領域には隣接しない第２燃焼領域に対応する燃焼モードへ変更される際に、前記現在の燃焼モードから、前記第１燃焼領域に隣接すると共に、前記第１燃焼領域及び前記第２燃焼領域間に位置する第３燃焼領域に対応する燃焼モードを経由して、前記第２燃焼領域に対応する燃焼モードへ、前記エンジンの運転状態を変更する時間よりも、前記現在の燃焼モードから、直接、前記第２燃焼領域に対応する燃焼モードへ、前記運転状態を変更する時間が短い場合、前記運転状態が、前記現在の燃焼モードから前記第３燃焼領域に対応する燃焼モードへ変更されないように前記エンジンを制御する制御手段を備える。

本発明のエンジン制御装置によれば、当該エンジン制御装置は、燃焼領域に応じて複数の燃焼モードを相互に切り替えて運転可能なエンジンを備える車両に搭載される。ここで、「燃焼領域」は、エンジンを制御するための、例えばエンジン回転数及びエンジントルクにより規定されるマップ等により予め定められている。燃焼モードは、エンジンの現在の運転状態（例えばエンジントルク、エンジン回転数等）が該当する燃焼領域に応じて決定される。

エンジン制御装置は、車両に係るアクセル操作量（例えば、アクセル開度）に応じて、例えばエンジンの燃費効率が良好となるように、該エンジンの運転状態を制御する。この際、エンジン制御装置は、エンジンの運転状態が該当する燃焼領域に応じて、燃焼モードを適宜変更する。

エンジン制御装置の制御手段は、車両に係るアクセル操作量の変化に起因して、エンジンの現在の燃焼モードから、該現在の燃焼モードに対応する第１燃焼領域には隣接しない第２燃焼領域に対応する燃焼モードへ変更される際に、以下の処理を実施する。即ち、制御手段は、（ｉ）現在の燃焼モードから、第１燃焼領域に隣接すると共に、該第１燃焼領域及び第２燃焼領域間に位置する第３燃焼領域に対応する燃焼モードを経由して、第２燃焼領域に対応する燃焼モードへ、エンジンの運転状態を変更する時間と、（ｉｉ）現在の燃焼モードから、直接、第２燃焼領域に対応する燃焼モードへ、運転状態を変更する時間と、を求める。

続いて、制御手段は、現在の燃焼モードから第３燃焼領域に対応する燃焼モードを経由して、第２燃焼領域に対応する燃焼モードへ変更する時間よりも、現在の燃焼モードから、直接、第２燃焼領域に対応する燃焼モードへ変更する時間が短い場合、エンジンの運転状態が、現在の燃焼モードから第３燃焼領域に対応する燃焼モードへ変更されないように該エンジンを制御する。

このように構成すれば、燃焼モードの切り替えが頻繁に発生することを抑制することができ、ドライバビリティの低下を防止することができる。

尚、現在の燃焼モードから第３燃焼領域に対応する燃焼モードを経由して、第２燃焼領域に対応する燃焼モードへ変更する時間よりも、現在の燃焼モードから、直接、第２燃焼領域に対応する燃焼モードへ変更する時間が長い場合、制御手段は、典型的には、エンジンの運転状態の遷移に伴う燃焼領域の遷移に合わせて、燃焼モードを変更する。このように構成すれば、例えば燃費の向上を図ることができ、実用上非常に有利である。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。

実施形態に係るハイブリッド車両の構成を示す概念図である。 横軸をエンジン回転数、縦軸をエンジントルクとする燃焼モードマップの一例である。 要求駆動トルクマップの一例である。 要求駆動パワーマップの一例である。 実施形態に係るエンジン制御処理を示すフローチャートである。

本発明のエンジン制御装置に係る実施形態を図面に基づいて説明する。

（ハイブリッド車両の構成）
先ず、実施形態に係るハイブリッド車両の構成を、図１を参照して説明する。図１は、実施形態に係るハイブリッド車両の構成を示す概念図である。

図１において、ハイブリッド車両１は、エンジン１０と、該エンジン１０に動力分配機構１４を介して夫々接続されているモータ・ジェネレータＭＧ１及びＭＧ２とを備えている。モータ・ジェネレータＭＧ１は、主に、エンジン１０の制御及び発電に用いられる。他方、モータ・ジェネレータＭＧ２は、主に、ハイブリッド車両１の駆動及び回生ブレーキに用いられる。

動力分配機構１４は、遊星歯車機構を含んで構成されている。エンジン１０のクランク軸は、遊星歯車機構のキャリアに接続されている。モータ・ジェネレータＭＧ１の回転軸は、遊星歯車機構のサンギアに接続されている。モータ・ジェネレータＭＧ２の回転軸は、遊星歯車機構のリングギアの回転動力が出力される出力軸に接続されている。

エンジン１０には、吸気通路１１及び排気通路１２が接続されている。吸気通路１１には、エアフローメータ２１、吸気絞り弁２２、ターボチャージャ２３のコンプレッサ２３ｃ及びインタークーラ２４が設けられている。排気通路１２には、ターボチャージャ２３のタービン２３ｔ、スタートコンバータ２５及び後処理装置２６が設けられている。

エンジン１０には、更に、排気通路１２内を流れる排気の一部を低圧で吸気通路１１へ再循環させる低圧ＥＧＲ装置が設けられている。該低圧ＥＧＲ装置は、排気通路１２におけるスタートコンバータ２５の下流側且つ後処理装置２６の上流側と、吸気通路１１における吸気絞り弁２２の下流側且つコンプレッサ２３ｃの上流側と、を連通する低圧ＥＧＲ通路１３を備えている。該低圧ＥＧＲ通路１３には、ＥＧＲクーラ１７及びＥＧＲ弁２８が設けられている。

ハイブリッド車両１は、更に、エンジン１０を制御するエンジンＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：電子制御ユニット）３２と、モータ・ジェネレータＭＧ１及びＭＧ２を夫々制御するＭＧＥＣＵ３３と、ハイブリッド車両１に設けられた各種センサの出力等に基づいて、エンジンＥＣＵ３２及びＭＧＥＣＵ３３を統括制御するＨＶＥＣＵ３１と、を備えている。

（エンジンの運転）
次に、エンジン１０の運転について、図２を参照して説明する。図２は、横軸をエンジン回転数、縦軸をエンジントルクとする燃焼モードマップの一例である。

実施形態に係るエンジン１０は、図２に示すように、該エンジン１０に要求されるパワー（例えば、エンジントルク指令値等）（以降、適宜“エンジン要求パワー”と称する）に応じて、様々な燃焼モードを採る。そして、エンジンＥＣＵ３２は、基本的には、エンジン要求パワーに応じて、エンジン１０の運転点が、例えば燃費最適線である動作線ａ（実線ａ参照）に沿って遷移するようにエンジン１０を制御する。この際、燃焼モードマップ上におけるエンジン１０の運転点の位置に応じて、燃焼モードが適宜切り替えられる。このように構成すれば、燃費の向上を図ることができ、実用上非常に有利である。

ここで、エンジン１０の燃焼モードの切り替え方法には、公知の各種態様を適用可能であるので、その詳細についての説明は割愛する。

尚、図２において、「ＮＡストイキ」、「ＮＡリーン」、「過給リーン」及び「過給ストイキ」は、夫々、「無過給ストイキ燃焼モード」、「無過給リーン燃焼モード」、「過給リーン燃焼モード」及び「過給ストイキ燃焼モード」を意味する。また、図２における破線は、等パワー曲線を示している。

（エンジン制御処理）
次に、実施形態に係るエンジン制御処理について、図３乃至図５を参照して説明する。

ＨＶＥＣＵ３１は、例えば車速、アクセル開度、エンジン回転数、モータ・ジェネレータＭＧ１及びＭＧ２各々の回転数、バッテリ（図示せず）の充電状態等に応じて、ハイブリッド車両１に要求されるパワー（以降、適宜“車両要求パワー”と称する）を設定する。

ＨＶＥＣＵ３１は、更に、設定された車両要求パワーに基づいて、走行モード（例えば、所謂ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）走行モード、所謂ＨＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）走行モード等）を決定すると共に、例えば、エンジン要求パワー、モータ・ジェネレータＭＧ１及びＭＧ２各々の要求パワー、シフトチェンジの有無等を決定する。

エンジンＥＣＵ３２は、上述の如く、決定されたエンジン要求パワーに応じて、エンジン１０の運転点が所定の動作線に沿って遷移するようにエンジン１０を制御する。ＭＧＥＣＵ３３は、決定された要求パワー（例えば、モータトルク指令値等）に応じて、モータ・ジェネレータＭＧ１及びＭＧ２を夫々制御する。

具体的には例えば、ＨＶＥＣＵ３１には、例えば図３に示すような、アクセル開度毎に設定された、プロペラ軸回転数及び要求駆動トルクにより規定される要求駆動トルクマップが予め格納されている。ＨＶＥＣＵ３１は、要求駆動トルクマップにおける要求駆動トルクとプロペラ軸回転数との積に、損失パワーを上乗せすることにより、例えば図４に示すような、プロペラ軸回転数及び要求駆動パワーにより規定される要求駆動パワーマップを逐次求める。

ハイブリッド車両１の運転者がアクセルを踏み込んだ際に、ＨＶＥＣＵ３１は、アクセル踏み込み開始時におけるプロペラ軸回転数、アクセル開度Ｐａｐ（図４における黒丸ａ参照）及びアクセル開度変化率δＰａｐから、要求駆動パワー変化率δＰｖ（図４における黒丸ａ及び黒丸ｂ間の矢印に相当）を算出する。

ここで、本実施形態では、エンジン１０のパワーは、運転者による要求変化時（即ち、アクセル開度変化時）以外には急変しないものと仮定し、ＨＶＥＣＵ３１は、算出された要求駆動パワー変化率δＰｖをエンジン要求パワー変化率δＰｅに代入する。続いて、ＨＶＥＣＵ３１は、エンジン要求パワー変化率δＰｅと、アクセルの踏み込み時間との積に基づいて、燃焼モードマップ（図２参照）上におけるエンジン１０の運転点（即ち、エンジン要求パワー）の到達点を予測する。

ここでは例えば、図２における運転点ｐ０においてアクセルが踏み込まれ、エンジン１０の運転点が無過給ストイキ燃焼モードに対応する燃焼領域（即ち、運転点ｐ２と運転点ｐ３との間）に到達すると予測されたものとする。

ＨＶＥＣＵ３１は、運転点ｐ０におけるエンジン要求パワーＰｅ＿Ｓｔａｒｔと、該運転点Ｐ０よりも高パワー側の燃焼モードに係るエンジン要求パワーの下限値を算出する。ＨＶＥＣＵ３１は、ここでは、過給リーン燃焼モードに係るエンジン要求パワーの下限値Ｐｅ＿Ｔｕｒｂｏ−Ｌｅａｎ（運転点ｐ１に対応）と、無過給ストイキ燃焼モードに係るエンジン要求パワーの下限値Ｐｅ＿ＮＡ−Ｓｔｏｉｋｉ（運転点ｐ２に対応）と、過給ストイキ燃焼モードに係るエンジン要求パワーの下限値Ｐｅ＿Ｔｕｒｂｏ−Ｓｔｏｉｋｉ（運転点ｐ３に対応）と、を算出する。

尚、アクセル踏み込み時のエンジン１０の運転点が、過給リーン燃焼モードに対応する燃焼領域内である場合、ＨＶＥＣＵ３１は、下限値Ｐｅ＿ＮＡ−Ｓｔｏｉｋｉと、下限値Ｐｅ＿Ｔｕｒｂｏ−Ｓｔｏｉｋｉと、を算出する。

次に、ＨＶＥＣＵ３１は、下限値Ｐｅ＿Ｔｕｒｂｏ−Ｌｅａｎ、下限値Ｐｅ＿ＮＡ−Ｓｔｏｉｋｉ及び下限値Ｐｅ＿Ｔｕｒｂｏ−Ｓｔｏｉｋｉ各々と、エンジン要求パワーＰｅ＿Ｓｔａｒｔとの差分を算出し、該算出された差分をエンジン要求パワー変化率δＰｅで除算する。

これにより、（ｉ）無過給リーン燃焼モードから過給リーン燃焼モードへ切り替えるための予測時間Ｔ＿Ｔｕｒｂｏ−Ｌｅａｎ＝（（Ｐｅ＿Ｔｕｒｂｏ−Ｌｅａｎ）−（Ｐｅ＿Ｓｔａｒｔ））／δＰｅと、（ｉｉ）無過給リーン燃焼モードから無過給ストイキ燃焼モードへ切り替えるための予測時間Ｔ＿ＮＡ−Ｓｔｏｉｋｉ＝（（Ｐｅ＿ＮＡ−Ｓｔｏｉｋｉ）−（Ｐｅ＿Ｓｔａｒｔ））／δＰｅと、（ｉｉｉ）無過給リーン燃焼モードから過給ストイキ燃焼モードへ切り替えるための予測時間Ｔ＿Ｔｕｒｂｏ−Ｓｔｏｉｋｉ＝（（Ｐｅ＿Ｔｕｒｂｏ−Ｓｔｏｉｋｉ）−（Ｐｅ＿Ｓｔａｒｔ））／δＰｅと、が求められる。

次に、ＨＶＥＣＵ３１は、（ｉ）無過給リーン燃焼モードから、直接、無過給ストイキ燃焼モードへ切り替える場合の予測時間Ｔ＿ＮＡ−Ｓｔｏｉｋｉと、（ｉｉ）無過給リーン燃焼モードから、過給リーン燃焼モードを経由して、無過給ストイキ燃焼モードへ切り替えるために必要な時間と、例えばエンジン水温、外気温等のドライバビリティに係る要件により予め定められた時間との和と、を比較する。

ここで、「無過給リーン燃焼モードから、過給リーン燃焼モードを経由して、無過給ストイキ燃焼モードへ切り替えるために必要な時間」は、無過給リーン燃焼モードから過給リーン燃焼モードへ切り替えるために必要な時間と、過給リーン燃焼モードから無過給ストイキ燃焼モードへ切り替えるために必要な時間と、の和を意味する。

予測時間Ｔ＿ＮＡ−Ｓｔｏｉｋｉが、無過給リーン燃焼モードから、過給リーン燃焼モードを経由して、無過給ストイキ燃焼モードへ切り替えるために必要な時間と、例えばエンジン水温、外気温等のドライバビリティに係る要件により予め定められた時間との和よりも短い場合、ＨＶＥＣＵ３１は、無過給リーン燃焼モードから、直接、無過給ストイキ燃焼モードへ切り替わるように、エンジンＥＣＵ３２を介して、エンジン１０を制御する（つまり、エンジン１０が過給リーン燃焼モードへ切り替わらないように制御する）。

他方、予測時間Ｔ＿ＮＡ−Ｓｔｏｉｋｉが、無過給リーン燃焼モードから、過給リーン燃焼モードを経由して、無過給ストイキ燃焼モードへ切り替えるために必要な時間と、例えばエンジン水温、外気温等のドライバビリティに係る要件により予め定められた時間との和よりも長い場合、ＨＶＥＣＵ３１は、エンジン１０の燃焼モードが、燃焼モードマップに従って切り替わるように、エンジンＥＣＵ３２を介して、エンジン１０を制御する。

上記ドライバビリティに係る要件により予め定められた時間は、例えば、所謂パワーモードスイッチや所謂スポーツモードスイッチがＯＮである場合、又はマニュアルシフトモードである場合等、運転者が車両応答性を要求している場合には、比較的長く設定される。他方で、例えば、所謂スノーモードスイッチやエコモードスイッチがＯＮである場合等、運転者が車両応答性を要求しない場合には、上記ドライバビリティに係る要件により予め定められた時間は比較的短く設定される。

或いは、例えばモータ・ジェネレータＭＧ１又はＭＧ２に係る負荷率に制限がかけられる場合、やバッテリ出力に制限がかけられている場合には、燃焼モード切替時におけるトルク変動を補償しにくいため、上記ドライバビリティに係る要件により予め定められた時間は比較的長く設定される。

次に、ハイブリッド車両１の走行中に、主にＨＶＥＣＵ３１により実施されるエンジン制御処理について、図５のフローチャートを参照して説明する。

図５において、先ず、ＨＶＥＣＵ３１は、上述の如く、エンジン要求パワー変化率δＰｅを算出する（ステップＳ１０１）。

次に、ＨＶＥＣＵ３１は、上述の如く、エンジン１０の運転点の到達点を予測し、現在の燃焼モードから、直接、予測された到達点が該当する燃焼領域に対応する燃焼モードへ切り替える場合の予測時間（ここでは、予測時間Ｔ１）を算出する（ステップＳ１０２）。

ステップＳ１０２の処理と並行して又は相前後して、ＨＶＥＣＵ３１は、上述の如く、燃焼モードマップに従って燃焼モードを切り替える場合に必要な時間と、ドライバビリティに係る要件により予め定められた時間との和（ここでは、和Ｔ２）を算出する（ステップＳ１０３）。

次に、ＨＶＥＣＵ３１は、予測時間Ｔ１が和Ｔ２より短いか否かを判定する（ステップＳ１０４）。予測時間Ｔ１が和Ｔ２より短いと判定された場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、ＨＶＥＣＵ３１は、現在の燃焼モードから、直接、予測された到達点が該当する燃焼領域に対応する燃焼モードへ切り替わるように、エンジンＥＣＵ３２を介して、エンジン１０を制御する（ステップＳ１０５）。

他方、予測時間Ｔ１が和Ｔ２より長いと判定された場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、ＨＶＥＣＵ３１は、燃焼モードマップに従って燃焼モードを切り替えるように、エンジンＥＣＵ３２を介して、エンジン１０を制御する（ステップＳ１０６）。

実施形態に係る「ＨＶＥＣＵ３１」及び「エンジンＥＣＵ３２」は、本発明に係る「エンジン制御装置」及び「制御手段」の一例である。実施形態に係る「無過給リーン燃焼モード」、「無過給ストイキ燃焼モード」及び「過給リーン燃焼モード」は、夫々、本発明に係る「現在の燃焼モード」、「第２燃焼領域に対応する燃焼モード」及び「第３燃焼領域に対応する燃焼モード」の一例である。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うエンジン制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１…ハイブリッド車両、１０…エンジン、３１…ＨＶＥＣＵ、３２…エンジンＥＣＵ、３３…ＭＧＥＣＵ、ＭＧ１、ＭＧ２…モータ・ジェネレータ

Claims (1)

1. 燃焼領域に応じて複数の燃焼モードを相互に切り替えて運転可能なエンジンを備える車両に搭載されたエンジン制御装置であって、
   前記車両に係るアクセル操作量の変化に起因して、前記エンジンの現在の燃焼モードから、前記現在の燃焼モードに対応する第１燃焼領域には隣接しない第２燃焼領域に対応する燃焼モードへ変更される際に、前記現在の燃焼モードから、前記第１燃焼領域に隣接すると共に、前記第１燃焼領域及び前記第２燃焼領域間に位置する第３燃焼領域に対応する燃焼モードを経由して、前記第２燃焼領域に対応する燃焼モードへ、前記エンジンの運転状態を変更する時間よりも、前記現在の燃焼モードから、直接、前記第２燃焼領域に対応する燃焼モードへ、前記運転状態を変更する時間が短い場合、前記運転状態が、前記現在の燃焼モードから前記第３燃焼領域に対応する燃焼モードへ変更されないように前記エンジンを制御する制御手段を備える
   ことを特徴とするエンジン制御装置。

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