JP6398606B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、冷間始動時に触媒暖機促進のための点火時期リタードを行う内燃機関の制御装置に関する。

排気系に触媒装置を備えた内燃機関において、冷間始動時に、例えば冷却水温に応じた点火時期リタードを実行し、排気温度の上昇により触媒の早期活性化を図るようにした技術が知られている（例えば特許文献１参照）。

すなわち、点火時期をいわゆるＭＢＴ点からリタードするほど燃焼効率が低下し、エネルギの一部が排気熱となって排出されるため、排気温度の上昇ひいては触媒装置の暖機促進作用が得られる。

特開２００７−１１３４１３号公報

一般に内燃機関は、当該内燃機関の出力によって駆動される種々の補機を備えている。機械的に駆動される補機としては、例えば潤滑油を圧送するオイルポンプやウォータポンプなどがあり、また内燃機関に接続された変速機が例えば無段変速機であれば、その油圧機構に油圧を供給するオイルポンプがやはり内燃機関の出力によって駆動されることとなる。従って、例えばアイドル運転時に所望のアイドル回転数を維持するためには、内燃機関の各部のフリクションに補機の駆動に要する負荷（換言すれば補機のフリクション）を加えたものに見合うトルクを、内燃機関が出力する必要がある。

一方、冷間始動時に点火時期リタードを実行しているときには、内燃機関のトルクは、点火時期をリタードせずにＭＢＴ点近傍としたときに比較して低下する。従って、点火時期リタード量は、補機の負荷によって制限され、補機の負荷が大きいと、十分に点火時期をリタードすることができない。

この発明は、冷間始動時に触媒暖機促進のための点火時期リタードを行う内燃機関の制御装置において、内燃機関に接続された無段変速機が当該内燃機関の出力によって機械的に駆動される機械駆動式オイルポンプと電動式オイルポンプとを備えており、点火時期リタードを行っている間、負荷低減処理として上記機械駆動式オイルポンプの油圧をリリーフ弁を介して低下させ、この機械駆動式オイルポンプの補機負荷低減に対応して、点火時期リタード量を増加補正するとともに、始動時に油温が第１閾値以下であれば上記電動式オイルポンプを駆動し、かつ、当該電動式オイルポンプの吐出能力が不足しないかを判定して、吐出能力不足であれば、負荷低減処理による機械駆動式オイルポンプの油圧を相対的に高く設定する、ことを特徴としている。

このように補機の負荷低減を行うことで、内燃機関に要求されるトルクが低減する。従って、それだけ点火時期リタード量の増加が可能となる。

図８は、例えばアイドル運転において燃料噴射量が一定という条件の下で、内燃機関のトルクと点火時期との関係を示したものであり、点火時期をリタードしていくと、内燃機関のトルクはリタード量に応じて低下していく。ここで、アイドル時における内燃機関自体のフリクションと補機負荷との和（つまり要求トルク）がＴｅ１であるとすると、点火時期は、ＩＴ１として運転する必要があり、これよりもリタードすることはできない。しかし、補機負荷の低減により内燃機関自体のフリクションとの和がＴｅ２まで低下すると、点火時期をＩＴ２までリタードすることができる。つまり、冷間始動時に、補機負荷の低減分だけリタード量の増加が可能である。

この発明によれば、冷間始動時の点火時期リタード量の増加が図れ、これにより、より早期に触媒を活性化することができる。

この発明をハイブリッド自動車の内燃機関に適用した実施例を示す構成説明図。 この実施例における制御の流れを示すフローチャート。 一実施例のタイムチャート。 他の実施例のタイムチャート。 車両発進時のタイムチャート。 車両発進時の他の実施例のタイムチャート。 車両発進時のさらに他の実施例のタイムチャート。 内燃機関のトルクと点火時期との関係を示した特性図。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明をハイブリッド自動車の内燃機関１に適用した実施例の構成説明図であって、内燃機関１のクランクシャフト２は、第１クラッチ３を介してモータ・ジェネレータ４の回転軸５の一端に接続されている。モータ・ジェネレータ４の回転軸５の他端には、第２クラッチ６を介してベルト式無段変速機（いわゆるＣＶＴ）７の入力軸８が接続されている。無段変速機７の出力軸９は、図示せぬ終減速機構を介して駆動輪１０に接続されている。

内燃機関１は、４ストロークサイクルの火花点火式内燃機関であり、潤滑油を各部に圧送するために、ギヤ機構１３等の伝動機構を介してクランクシャフト２によって常時機械的に駆動されるエンジンオイルポンプ１１を備えている。このエンジンオイルポンプ１１の吐出圧は、リリーフバルブからなる調圧バルブ１２によって調節可能である。また内燃機関１は、排気系に図示せぬ触媒装置を具備しており、内燃機関１の冷間始動時には、点火時期のリタードによって触媒の暖機促進が行われるようになっている。

無段変速機７は、ベルトが巻き掛けられたプーリの軸方向の間隔を油圧により変更することでプーリの有効径ひいては変速比が連続的に変化する構成であり、プーリの軸方向の間隔の変更や種々の油圧切換弁の駆動などのために必要な油圧を生成するために、ギヤ機構１４等の伝動機構を介してモータ・ジェネレータ４の回転軸５によって機械的に駆動されるＣＶＴオイルポンプ１５を備えている。このＣＶＴオイルポンプ１５の吐出圧は、リリーフバルブからなる調圧バルブ１７によって調節可能である。なお、ＣＶＴオイルポンプ１５はモータ・ジェネレータ４の回転軸５に接続されているが、内燃機関１が作動している状態では、モータ・ジェネレータ４の回転軸５を介して、内燃機関１の出力でもってＣＶＴオイルポンプ１５が駆動されていることとなる。

無段変速機７は、さらに、内燃機関１のアイドルストップなどの際の油圧確保を図るために、機械駆動式のＣＶＴオイルポンプ１５と並列に、ＣＶＴ電動オイルポンプ１６を備えている。このＣＶＴ電動オイルポンプ１６は、図示せぬ電動モータにより駆動される電動式オイルポンプからなる。

図２は、図示せぬコントローラにおいて実行される内燃機関１の始動時における制御の流れを示したフローチャートである。なお、この実施例は、負荷低減を行う補機としてＣＶＴオイルポンプ１５を対象としており、以下の説明における油温および油圧は、基本的に無段変速機７の油圧系における油温および油圧を意味している。まずステップ１では、触媒の暖機制御の要求があるか否かを、内燃機関１の温度条件例えば冷却水温などに基づいて判定する。仮に暖機再始動などで触媒の暖機制御の要求がなければ、ステップ１からステップ１５へ進み、ＣＶＴオイルポンプ１５を通常制御する。つまり第１クラッチ３を介してＣＶＴオイルポンプ１５が機械的に駆動され、調圧バルブ１２によって目標とする適宜な油圧に調圧される。このとき、ＣＶＴ電動オイルポンプ１６はＯＦＦである。また、点火時期も通常制御となる。

ステップ１でＹＥＳであれば、ステップ２へ進み、無段変速機７の油圧系における油温が第１の閾値以下であるか否か判定する。この第１の閾値は、作動油の粘性が高くＣＶＴ電動オイルポンプ１６作動開始時の油圧の立ち上がりが不十分となるような比較的低い温度に設定される。

油温が第１の閾値よりも高ければ、ステップ３へ進み、ＣＶＴオイルポンプ１５の負荷低減処理を実行する。負荷低減は、例えば、調圧バルブ１７を介して一部の作動油をリリーフすることによりＣＶＴオイルポンプ１５の吐出圧を低減することにより行う。あるいは、第１クラッチ３を開放し、ＣＶＴオイルポンプ１５を内燃機関１から切り離すことにより行う。そして、ステップ４へ進み、触媒暖機のために点火時期をリタードする。具体的には、水温に応じた基本的なリタード量に、ＣＶＴオイルポンプ１５の負荷低減に見合うリタード量を加えて、リタード量を決定し、点火時期リタードを実行する。

次に、ステップ５では、このように補機負荷低減を行いつつ点火時期リタードを実行している間に、運転者による車両の発進意図が検知されたか否かを繰り返し判定する。ここで発進意図が検知されたら、ステップ６以降へ進む。例えば、車両ブレーキのＯＦＦ（ブレーキペダルの解放）、無段変速機７のパーキングレンジから走行レンジであるドライブレンジへの切換操作、などを検知したときに、運転者の車両発進意図があるものとする。

車両発進意図を検知したら、ステップ６において、ＣＶＴオイルポンプ１５の負荷低減を終了する。つまり、調圧バルブ１７を介して吐出圧を低減していた場合には、通常の吐出圧に復帰させ、第１クラッチ３を開放してＣＶＴオイルポンプ１５を停止していた場合には、第１クラッチ３を接続することによりＣＶＴオイルポンプ１５を作動させる。そして、ステップ７へ進み、点火時期リタード量を、水温に応じた基本的なリタード量とする。つまり、ＣＶＴオイルポンプ１５の負荷低減に見合うリタード量の増加補正を終了する。

次のステップ８では、このときの油温が第２の閾値以下であるか否か判定する。この第２の閾値は、作動油の粘性が高くＣＶＴオイルポンプ１５作動開始時の油圧の立ち上がりが不十分となるような比較的低い温度に設定される。なお、この第２の閾値は、基本的には、ステップ２の第１の閾値よりも高い温度に設定される。ステップ８において油温が第２の閾値以下であれば、ステップ９へ進んで、ＣＶＴオイルポンプ１５の油圧立ち上がりの不足を補うために、ＣＶＴ電動オイルポンプ１６をＯＮとする。そして、ステップ１０で油圧が十分に立ち上がったか否かを繰り返し判定し、油圧が十分に立ち上がった段階でステップ１１へ進んでＣＶＴ電動オイルポンプ１６をＯＦＦとする。ステップ８において油温が第２の閾値よりも高ければ、ＣＶＴ電動オイルポンプ１６は作動させない。

なお、車両発進意図を検知する前に触媒暖機が完了すれば、前述したようにステップ１からステップ１５へ進み、ＣＶＴオイルポンプ１５および点火時期が通常制御となる。

一方、ステップ２において油温が第１の閾値以下であった場合には、発進時の油圧の応答遅れが予想されるため、ステップ１２へ進み、ＣＶＴ電動オイルポンプ１６をＯＮとする。つまり、車両発進に備えて、内燃機関１の始動と実質的に同時にＣＶＴ電動オイルポンプ１６の駆動を開始する。

さらにステップ１３において、ＣＶＴ電動オイルポンプ１６の吐出能力が低下している状況であるか否かを判定する。例えば、油温が極端に低温である場合、バッテリ放電能力が、低バッテリ温度、劣化、ＳＯＣの不足、などにより不十分である場合、にはＣＶＴ電動オイルポンプ１６の吐出能力が低下しているものと判定する。ここで、ＣＶＴ電動オイルポンプ１６の吐出能力が低下しているものと判定したときには、ステップ１４へ進み、ステップ３の負荷低減処理によるＣＶＴオイルポンプ１５の吐出圧を相対的に高く補正する。換言すれば、ＣＶＴ電動オイルポンプ１６の吐出能力低下に見合う吐出量がＣＶＴオイルポンプ１５から得られるように、負荷低減を制限する。具体的には、第１クラッチ３を接続状態とし、かつ調圧バルブ１７によるリリーフ量を比較的少なく制限する。

なお、上記実施例ではステップ２において油温に基づき始動時からのＣＶＴ電動オイルポンプ１６の駆動の要否を判定しているが、この油温判定に代えて、あるいは油温判定に加えて、バッテリ放電能力の判定を行い、バッテリ放電能力の観点からＣＶＴ電動オイルポンプ１６の油圧立ち上がりが不十分となる場合にＣＶＴ電動オイルポンプ１６の駆動を開始するようにしてもよい。

次に、図３〜図７のタイムチャートに基づいて、上記実施例の作用を説明する。

図３は、負荷低減を調圧バルブ１７によって実行した例のタイムチャートを示しており、時間ｔ１において内燃機関１の始動が開始し、機関回転速度が所定のアイドル回転速度に安定した時間ｔ２において点火時期リタードが開始する。この点火時期リタードの開始と同時に、時間ｔ２において、調圧バルブ１７を介して、油圧の低減が行われる。この油圧低減によりＣＶＴオイルポンプ１５の負荷（フリクション）は低減するので、それだけ点火時期リタード量が大きく与えられる。このように点火時期リタード量を大きく与えることで、触媒暖機がより早期に進行する。なお、比較例として示す仮想線は、ＣＶＴオイルポンプ１５の負荷低減を行わない場合の特性を示す。

時間ｔ３において、車両発進意図として無段変速機７のシフト位置（セレクトレバー位置）がパーキングレンジからドライブレンジに切り換えられたことに伴い、ＣＶＴオイルポンプ１５の負荷低減が終了し、油圧が通常のレベルに復帰する。同時に、点火時期リタード量も基本的なリタード量となる。これにより、無段変速機７のベルトの滑りなどが生じずに円滑な発進が確保される。

図４は、負荷低減を第１クラッチ３の開放によって実行した例のタイムチャートを示しており、この場合は、当初からＣＶＴオイルポンプ１５が駆動されないので、油圧は０となる。機関回転速度が所定のアイドル回転速度に安定した時間ｔ２において点火時期リタードが開始し、ＣＶＴオイルポンプ１５の負荷低減に見合うように、リタード量がより大きく与えられる。そして、時間ｔ３において、車両発進意図として無段変速機７がパーキングレンジからドライブレンジに切り換えられたことに伴い、第１クラッチ３が接続されて、油圧が通常のレベルに復帰する。同時に、点火時期リタード量も基本的なリタード量となる。

図５は、車両発進意図を検知したとき（時間ｔ３）の油温が第２の閾値以下である場合の油圧立ち上がりを示したタイムチャートである。つまり図２のフローチャートにおけるステップ８〜１１の作用を示している。前述したように、時間ｔ３において、車両発進意図として無段変速機７がパーキングレンジからドライブレンジに切り換えられたことに伴い、ＣＶＴオイルポンプ１５の負荷低減が終了する。図中の破線ａは、このときの目標とする油圧の立ち上がり特性、換言すれば、油温が十分に高い場合のＣＶＴオイルポンプ１５による油圧の立ち上がり特性を示している。これに対し、油温が低く作動油の粘性が高いと、一点鎖線ｂで示すように、ＣＶＴオイルポンプ１５単体での油圧の立ち上がりが緩慢なものとなる。従って、これを補うようにＣＶＴ電動オイルポンプ１６が駆動される。二点鎖線ｃは、ＣＶＴ電動オイルポンプ１６単体での油圧の特性を示す。このようにＣＶＴ電動オイルポンプ１６を追加的に駆動することで、両者により無段変速機７に供給される油圧は、実線ｄでもって示すように、目標とする油圧特性ａに沿ったものとなる。

図６は、図２のフローチャートにおけるステップ２、１２の作用を示すタイムチャートである。時間ｔ３において、車両発進意図として無段変速機７がパーキングレンジからドライブレンジに切り換えられたことに伴い、ＣＶＴオイルポンプ１５の負荷低減が終了する。図中の破線ａは、このときの目標とする油圧の立ち上がり特性、換言すれば、油温が十分に高い場合のＣＶＴオイルポンプ１５による油圧の立ち上がり特性を示している。これに対し、油温が低く作動油の粘性が高いと、一点鎖線ｂで示すように、ＣＶＴオイルポンプ１５単体での油圧の立ち上がりが緩慢なものとなる。さらに、油温が第１の閾値以下の低温時には、ＣＶＴ電動オイルポンプ１６の作動開始に伴う油圧の立ち上がりも緩慢なものとなる。そこで、この場合には、内燃機関１の始動と同時に、ＣＶＴ電動オイルポンプ１６の駆動を許可し、適当なレベルで油圧供給を行う。時間ｔ３までは、ＣＶＴ電動オイルポンプ１６による吐出圧が調圧バルブ１７を介して制限されており、時間ｔ３において、ＣＶＴオイルポンプ１５の負荷低減の終了と併せて、ＣＶＴ電動オイルポンプ１６の吐出圧の制限が終了する。二点鎖線ｃは、ＣＶＴ電動オイルポンプ１６単体での油圧特性を示しており、一点鎖線ｂで示すＣＶＴオイルポンプ１５単体での油圧特性に上乗せすることにより、実線ｄで示すように、目標とする油圧特性ａに近い油圧の立ち上がりが得られる。

図７は、図２のフローチャートにおけるステップ２、１２〜１４の作用を示すタイムチャートである。つまりＣＶＴ電動オイルポンプ１６の吐出能力がバッテリの電力不足等によって不十分な場合の例を示す。このような場合には、ＣＶＴ電動オイルポンプ１６が内燃機関１の始動と同時に駆動され、さらに、ＣＶＴオイルポンプ１５の負荷低減が一部制限される。つまり、ＣＶＴオイルポンプ１５による吐出圧が始動初期からある程度高く与えられる。これにより、時間ｔ３以降に、実線ｄで示すように、目標とする破線ａの油圧特性に近い油圧の立ち上がりが得られる。なお、一点鎖線ｂはＣＶＴオイルポンプ１５単体での油圧特性、二点鎖線ｃはＣＶＴ電動オイルポンプ１６単体での油圧特性、を示す。

以上、この発明の一実施例を詳細に説明したが、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、この発明は、ハイブリッド自動車以外の一般的な車両の内燃機関にも広く適用することが可能である。

１…内燃機関
３…第１クラッチ
４…モータ・ジェネレータ
７…無段変速機
１５…ＣＶＴオイルポンプ
１６…ＣＶＴ電動オイルポンプ
１７…調圧バルブ

Claims (3)

1. 冷間始動時に触媒暖機促進のための点火時期リタードを行う内燃機関の制御装置において、
   内燃機関に接続された無段変速機が当該内燃機関の出力によって機械的に駆動される機械駆動式オイルポンプと電動式オイルポンプとを備えており、
   点火時期リタードを行っている間、負荷低減処理として上記機械駆動式オイルポンプの油圧をリリーフ弁を介して低下させ、この機械駆動式オイルポンプの補機負荷低減に対応して、点火時期リタード量を増加補正するとともに、
   始動時に油温が第１の閾値以下であれば上記電動式オイルポンプを駆動し、かつ、当該電動式オイルポンプの吐出能力が不足しないかを判定して、吐出能力不足であれば、負荷低減処理による機械駆動式オイルポンプの油圧を相対的に高く設定する、ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 運転者の車両発進意図を検知したときに、負荷低減処理を終了するとともに、点火時期リタード量の増加補正を終了する、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 油温が上記第１の閾値よりも高い第２の閾値以下である場合には、車両発進意図を検知したときに、電動式オイルポンプを併せて駆動する、ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。

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