JP6856050B2 - 内燃機関及びそれを備えたハイブリッド車両 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関、詳しくは、火花点火式の内燃機関とそれを備えたハイブリッド車両とに関する。
火花点火式の内燃機関、特に、多気筒内燃機関では、点火コイルの通電期間とインジェクタの通電期間とが一部重なる場合が有る。一般的に、点火コイルとインジェクタとは電源を共有している。このため、点火コイルの通電期間にインジェクタの通電期間が重なると、インジェクタに印加される電圧が低下してインジェクタの動作に遅れが生じてしまう。インジェクタの動作の遅れは燃料噴射量の不足を招き、空燃比のリーン化によるエミッション性能の悪化を引き起こすおそれが有る。この問題点に関し、特許文献1には、点火コイルの通電期間とインジェクタの通電期間とが重なった場合、点火コイルの通電期間に重ならなくなるまでインジェクタの通電期間を遅角することが開示されている。
特開平6−017695号公報
しかし、インジェクタの通電期間を遅角すると、燃料噴射時期が遅れて同一気筒における点火までの期間が短くなる。噴射された燃料が霧化するまでには時間を要するので、インジェクタの通電期間が過度に遅角された場合、燃料の霧化に十分な時間が得られないために未燃HCが発生し、排気中のHC濃度が増加してしまう。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、電源を共有する点火コイル及びインジェクタを備えた内燃機関において、インジェクタの通電期間の過度の遅角を避けながら、点火コイルの通電期間とインジェクタの通電期間との重複期間を低減することを目的とする。
本発明は内燃機関を提供する。本発明に係る内燃機関は、電源を共有する点火コイル及びインジェクタと、点火コイル及びインジェクタへの通電を制御する制御装置とを備える。制御装置は、設定処理と補正処理とを実行するように構成される。設定処理は、内燃機関の運転状態に応じて点火コイルの通電期間を設定する処理である。補正処理は、点火コイルの通電期間がインジェクタの通電期間と重なる場合、点火コイルの通電期間とインジェクタの通電期間との重複期間を低減させるように点火コイルの通電期間を補正する処理である。
本発明に係る内燃機関によれば、点火コイルの通電期間とインジェクタの通電期間との重複期間は点火コイルの通電期間の補正によって低減されるため、インジェクタの通電期間の過度の遅角は避けることができる。なお、点火コイルの通電期間とインジェクタの通電期間との重複期間を低減させることには、重複期間を解消することも含まれる。
本発明に係る内燃機関の1つの態様においては、制御装置は、設定処理では、内燃機関の運転状態に応じて点火コイルの通電期間を設定するとともに、内燃機関の運転状態に応じてインジェクタの通電期間を設定してもよい。このような設定処理のもとでの補正処理では、制御装置は、所定の遅角限界から所定の進角限界までの範囲内でのインジェクタの通電期間の補正により点火コイルの通電期間とインジェクタの通電期間との重複期間が解消されない場合、点火コイルの通電期間を補正してもよい。
上記の設定処理及び補正処理によれば、インジェクタの通電期間の補正により重複期間が解消されるのであれば、内燃機関の運転状態に応じて設定される通電期間にて点火コイルに通電することができる。また、点火コイルの通電期間の補正が行われるとしても、その補正量は最小に抑えられる。なお、インジェクタの通電期間を遅角するにつれて排気中のHC濃度は増加するので、インジェクタの通電期間の遅角限界は、排気中のHC濃度の許容値に応じて設定されてもよい。
本発明に係る内燃機関の別の態様においては、制御装置は、設定処理では、内燃機関の運転状態に応じて点火コイルの通電期間を設定するとともに、点火コイルの通電期間とインジェクタの通電期間との重複期間が最小になるように所定の遅角限界から所定の進角限界までの範囲内でインジェクタの通電期間を設定してもよい。
上記の設定処理によれば、インジェクタの通電期間の設定により重複期間が生じないのであれば、内燃機関の運転状態に応じて設定される通電期間にて点火コイルに通電することができる。また、点火コイルの通電期間とインジェクタの通電期間との重複期間が生じたとしても、重複期間は最小に抑えられているので、点火コイルの通電期間の補正量は最小に抑えられる。
本発明に係る内燃機関において、制御装置は、設定処理において点火時期をMBTに合わせるように点火コイルの通電期間を設定した場合、補正処理では、点火時期がノッキング点火時期を超えて過進角されない範囲で点火コイルの通電期間を進角するか、或いは、点火時期が失火限界点火時期を超えて過遅角されない範囲で点火コイルの通電期間を遅角してもよい。これによれば、点火時期がMBTからノッキング点火時期を超えて進角されることによるノッキングの発生を防ぐことができる。また、点火時期がMBTから失火限界点火時期を超えて遅角されることによる失火の発生を防ぐことができる。
また、本発明に係る内燃機関において、制御装置は、設定処理において点火時期をノッキング点火時期に合わせるように点火コイルの通電期間を設定した場合、補正処理では、点火時期が失火限界点火時期を超えて過遅角されない範囲で点火コイルの通電期間を遅角してもよい。これによれば、点火時期がノッキング点火時期から失火限界点火時期を超えて遅角されることによる失火の発生を防ぐことができる。
本発明に係る内燃機関のさらに別の態様においては、制御装置は、設定処理では、点火時期をMBTに合わせるように点火コイルの通電期間を設定するとともに、内燃機関の運転状態に応じてインジェクタの通電期間を設定してもよい。このような設定処理のもとでの補正処理では、制御装置は、MBTでのトルクに対するトルク低下率が所定値以下となる範囲内で点火コイルの通電期間を補正するとともに、点火コイルの通電期間の補正により重複期間が解消されない場合、所定の遅角限界から進角限界までの範囲内でインジェクタの通電期間を補正してもよい。
上記の設定処理及び補正処理によれば、トルクの低下を抑制可能な範囲内での点火コイルの通電期間の補正により重複期間が解消されるのであれば、内燃機関の運転状態に応じて設定される通電期間にてインジェクタに通電することができる。また、インジェクタの通電期間の補正が行われるとしても、その補正量は最小に抑えられる。
本発明に係る内燃機関のさらに別の態様においては、制御装置は、設定処理では、内燃機関の運転状態に応じてインジェクタの通電期間を設定するとともに、MBTでのトルクに対するトルク低下率が所定値以下となる範囲内で重複期間が最小になるように点火コイルの通電期間を設定してもよい。このような設定処理のもとでの補正処理では、制御装置は、所定の遅角限界から所定の進角限界までの範囲内でのインジェクタの通電期間の補正により重複期間が解消されない場合、点火時期がノッキング点火時期を超えて過進角されない範囲で点火コイルの通電期間を進角するか、或いは、点火時期が失火限界点火時期を超えて過遅角されない範囲で点火コイルの通電期間を遅角してもよい。
上記の設定処理及び補正処理によれば、トルクの低下を抑制可能な範囲内での点火コイルの通電期間の設定により重複期間が生じないのであれば、内燃機関の運転状態に応じて設定される通電期間にてインジェクタに通電することができる。また、インジェクタの通電期間の補正が行われるとしても、その補正量は最小に抑えられる。さらに、インジェクタの通電期間の補正により重複期間が解消されなかったとしても、点火コイルの通電期間の補正によって重複期間を解消或いは縮小することができる。
さらに、本発明はハイブリッド車両を提供する。本発明に係るハイブリッド車両は、本発明に係る内燃機関と電動機とを有し、内燃機関の駆動力に電動機の駆動力を付加することが可能なハイブリッド車両であって、点火コイルの通電期間の補正によって内燃機関の駆動力が低下する場合、内燃機関の駆動力の低下分を電動機の駆動力によって補うように構成される。
本発明に係るハイブリッド車両によれば、点火コイルの通電期間の補正によって内燃機関の駆動力が低下したとしても、その低下分は電動機の駆動力によって補うことができる。このため、インジェクタの通電期間の過度の遅角は避けながら、様々な条件下において駆動力及び駆動力応答性を確保することができる。
以上述べたように、本発明に係る内燃機関によれば、インジェクタの通電期間の過度の遅角を避けながら、点火コイルの通電期間とインジェクタの通電期間との重複期間を低減することができる。
また、本発明に係るハイブリッド車両によれば、インジェクタの通電期間の過度の遅角は避けながら、様々な条件下において駆動力及び駆動力応答性を確保することができる。
本発明の各実施の形態に共通のハイブリッド車両の構成を示す図である。 駆動力制御の制御フローを示すフローチャートである。 本発明の各実施の形態に共通の内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。 インジェクタの噴射時期の設定可能範囲について説明する図である。 通常点火時期がMBTである場合の点火時期の設定可能範囲について説明する図である。 通常点火時期がノッキング点火時期である場合の点火時期の設定可能範囲について説明する図である。 点火コイルの通電期間とインジェクタの通電期間との重複がインジェクタ電圧に与える影響について説明する図である。 本発明の実施の形態1に係るエンジン制御の制御フローを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態2に係るエンジン制御の制御フローを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態3に係るエンジン制御の制御フローを示すフローチャートである。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数にこの発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
1.ハイブリッド車両の構成
図1は、本発明の各実施の形態に共通のハイブリッド車両1の構成を示す図である。ハイブリッド車両1は、内燃機関2と電動機3とトランスアクスル4とを含むパワートレインを有する。パワートレインは、内燃機関2の駆動力に電動機3の駆動力を付加することができる所謂パラレル方式のハイブリッドシステムである。内燃機関2は、火花点火式エンジンである。電動機3は、供給された電力によりトルクを出力する電動機としての機能と、入力された機械的動力を電力に変換する発電機としての機能とを兼ね備える交流同期型の発電電動機である。以下、図1に表記のとおり、内燃機関2は単にエンジンと表記し、電動機3は単にモータ3と表記する。なお、図1には、エンジン2及びモータ3から車輪5までの駆動力の経路が太線で描かれている。
ハイブリッド車両1は、ハイブリッドシステム全体を制御するための制御装置であるハイブリッドECU6と、エンジン2を制御するための制御装置であるエンジンECU7と、モータ3を制御するための制御装置であるモータECU8とを備える。エンジンECU7は、ハイブリッドECU6からの指示に基づいてエンジン2を制御し、モータECU8は、ハイブリッドECU6からの指示に基づいてモータ3を制御する。また、ECU6,7,8間では、ハイブリッドシステムの制御に必要な情報のやりとりが行われる。
2.ハイブリッド車両の駆動力制御
ハイブリッド車両1の駆動力は、ECU7,8,9の協働によって制御される。図2は、駆動力制御の制御フローを示すフローチャートである。ステップS1では、アクセルペダルの踏み込み量に基づいてドライバが要求する駆動力が算出される。次に、ステップS2では、ステップS1で算出したドライバ要求駆動力のエンジン2及びモータ3に対する配分が決定される。駆動力の配分は、例えば、車速、要求駆動力、走行用バッテリのSOC等に基づいて決定される。ステップS1及びS2の処理は、ハイブリッドECU6により行われる。
ステップS3では、ステップS2で決定された駆動力配分に従い、エンジンECU7によってエンジン2の制御が行われる。また、ステップS4では、ステップS2で決定された駆動力配分に従い、モータECU8によってモータ3の制御が行われる。ステップS3のエンジン制御とステップS4のモータ制御とは並行して行われる。ステップS3のエンジン制御において駆動力が不足すると判断された場合、不足分の駆動力をモータ3の駆動力で補わせるように、エンジンECU7からモータECU8へ要求が出される。この場合、ステップS4では、ハイブリッドECU6から配分された駆動力とエンジン2の駆動力の不足分との合計駆動力を発生させるようにモータ3の制御が行われる。
3.エンジン及びエンジンECUの構成
図3は、本発明の各実施の形態に共通のエンジン2及びエンジンECU7の構成を示す図である。エンジン2は、複数の燃焼室20を有する多気筒エンジンである。ここでは、エンジン2は4気筒エンジンであるとする。また、図3では、第1気筒を#1、第2気筒を#2、第3気筒を#3、第4気筒を#4と表記する。図3に描かれているエンジン2の構成は、第1気筒の燃焼室20の周辺の構成である。
燃焼室20には吸気ポート21及び排気ポート22が接続されている。吸気ポート21の燃焼室20に連通する開口部には、カムによって駆動される吸気バルブ23が設けられている。排気ポート22の燃焼室20に連通する開口部には、カムによって駆動される排気バルブ24が設けられている。吸気ポート21には、燃料を吸気ポート21に噴射するインジェクタ25が取り付けられている。インジェクタ25は、エンジンECU7からの駆動信号の入力によって作動する。
燃焼室20の頂部には、点火プラグ26が取り付けられている。点火プラグ26には、イグナイタ一体型の点火コイル27が取り付けられている。本実施形態では、1つの点火プラグ26に対し1つの点火コイル27が設けられている。点火コイル27の一次コイルには、バッテリ10が接続されている。イグナイタには、エンジンECU7が接続されている。イグナイタは、エンジンECU7から入力される点火指示信号によってオンオフ動作する。一次コイルに流れる一次電流は、イグナイタのオン動作によって通電しオフ動作によって遮断する。そして、一次電流が遮断したとき、点火コイル27の二次コイルに電磁誘導によって高電圧が発生し、点火プラグ26のギャップ間に火花が発生する。
エンジンECU7は、入力インタフェース71、メモリ72、CPU73、点火コイルドライバ74、インジェクタドライバ75、及び電源回路76を備える。入力インタフェース71には、エンジン2を含むハイブリッド車両1の各所に取り付けられたセンサの信号や、ハイブリッドECU6及びモータECU8を含む他のECUからの信号が入力される。メモリ72には、エンジン2の制御のための各種のプログラムや各種のデータ(マップを含む)が記憶されている。メモリ72に記憶されているプログラムがCPU73で実行されることで、エンジンECU7による様々なエンジン制御が実現される。
点火コイルドライバ74は、CPU73からの指示に従い各気筒の点火コイル27へ点火指示信号を出力する。インジェクタドライバ75は、CPU73からの指示に従い各気筒のインジェクタ25へ駆動信号を出力する。電源回路76は、バッテリ10からの入力電圧を昇圧/降圧することによって、CPU73、点火コイルドライバ74、及びインジェクタドライバ75をはじめとするエンジンECU7の各部に供給する電圧を生成する。電源回路76から点火コイルドライバ74に供給される電圧は、点火コイルドライバ74から点火コイル27へ供給される点火指示信号の生成に用いられる。また、インジェクタドライバ75からインジェクタ25へ供給される駆動信号も、電源回路76から供給される電圧を用いて生成される。
4.噴射時期及び点火時期の設定
エンジンECU7によるエンジン制御には、燃料噴射制御と点火制御とが含まれる。燃料噴射制御では、エンジン2の運転状態に応じてインジェクタ25による燃料の噴射時期が設定される。点火時期制御では、エンジン2の運転状態に応じて点火プラグ26による点火時期が設定される。
噴射時期及び点火時期の設定について図4、図5、及び図6を用いて説明する。まず、図4は、噴射時期の設定可能範囲について説明する図である。図4に示すグラフの横軸は噴射時期、縦軸は排気中のHC濃度である。噴射時期とは、詳しくは、インジェクタ25が燃料を噴射し終わる噴射終了時期を意味する。グラフに示すように、噴射時期には、排気中のHC濃度が最小になる噴射時期が存在する。エンジンECU7は、排気中のHC濃度が最小になる噴射時期を通常の噴射時期として設定している。
噴射時期が通常噴射時期から外れた場合、排気中のHC濃度は増加する。しかし、排気中のHC濃度には許容値が存在するので、その許容値を超えない限りは、噴射時期の設定を変更してもよい。排気中のHC濃度は、噴射時期を通常噴射時期から遅角するにつれて急激に増加していく。これは、点火までに燃料の霧化に十分な時間が得られなくなることによる。噴射時期を遅角していったときに排気中のHC濃度が許容値に達することになる噴射時期が、噴射時期の遅角限界である。
噴射時期を通常噴射時期から進角していったときには、排気中のHC濃度は大きくは増加しない。しかし、排気中のHC濃度とは別の理由で、噴射時期には進角限界が設けられている(これに関しては後述する)。遅角限界から進角限界までの範囲内での噴射時期の変更であれば、エミッション性能の悪化を抑えることができる。エンジンECU7による燃料噴射制御では、通常噴射時期を基準として遅角限界から進角限界までの範囲内で噴射時期が設定される。なお、エンジンECU7のメモリ72には、噴射時期の遅角限界及び進角限界をエンジン2の運転状態に関連付けたマップが記憶されている。
図5及び図6は、点火時期の設定可能範囲について説明する図である。図5及び図6に示すグラフの横軸は点火時期、縦軸はエンジントルクである。通常の点火時期は、MBT(Minimum advance for the Best Torque)とノッキング点火時期のうちより遅角側の点火時期に設定される。ノッキング点火時期は、ノッキングが発生する限界点火時期であってトレースノック点火時期とも呼ばれる。MBTとノッキング点火時期は、ともに、吸入空気温度、エンジン温度、エンジン回転数、エンジン負荷等のエンジン2の運転状態に依存する。このため、エンジン2の運転状態によりMBTよりもノッキング点火時期が遅角側になることもあれば、逆に、ノッキング点火時期よりもMBTが遅角側になることもある。
図5には、通常点火時期がMBTである場合の点火時期の設定可能範囲が図示されている。通常点火時期がMBTである場合、点火時期はノッキング点火時期まで進角することができる。また、点火時期は失火領域に入る直前まで遅角することができる。この場合、失火領域に入る直前の失火限界点火時期が点火時期の遅角限界であり、ノッキング点火時期が点火時期の進角限界である。ただし、進角側の失火限界点火時期がノッキング点火時期よりも遅角側の場合、進角側の失火限界点火時期が点火時期の進角限界となる。点火時期をMBTよりも遅角するにつれてエンジントルクは低下していく。一方、点火時期をMBTよりも進角する場合は、点火時期がMBTから離れてもエンジトルクがあまり低下しない場合が有る。
図6には、通常点火時期がノッキング点火時期である場合の点火時期の設定可能範囲が図示されている。通常点火時期がノッキング点火時期である場合、点火時期はそれ以上進角することができない。この場合、失火限界点火時期からノッキング点火時期までが点火時期の設定可能範囲となる。つまり、失火限界点火時期が点火時期の遅角限界となり、ノッキング点火時期は通常点火時期であると同時に点火時期の進角限界となる。
エンジンECU7による点火制御では、通常点火時期を基準として遅角限界から進角限界までの範囲内で点火時期が設定される。なお、エンジンECU7のメモリ72には、MBT、ノッキング点火時期、及び失火限界点火時期をエンジン2の運転状態に関連付けたマップが記憶されている。
5.インジェクタの通電期間及び点火コイルの通電期間の設定
エンジンECU7による燃料噴射制御では、インジェクタ25による燃料の噴射時期、すなわち、噴射終了時期の設定とともに、ハイブリッドECU6から要求されるエンジン駆動力に基づいて燃料噴射量の計算が行われる。燃料噴射量が定まればインジェクタ25による燃料の噴射時間が定まり、噴射終了時期と噴射時間とから噴射開始時期が定まる。インジェクタ25はソレノイドへの通電によって開弁するので、噴射開始時期から噴射終了時期までの期間は、インジェクタ25の通電期間に対応する。インジェクタ25への通電は、エンジンECU7からインジェクタ25へ供給される駆動信号によって行われる。すなわち、駆動信号はインジェクタ25のソレノイドを通電させる通電信号である。
エンジンECU7による点火制御では、点火プラグ26による点火時期の設定とともに、エンジン回転数やバッテリ電圧を考慮して点火コイル27の通電時間の計算が行われる。点火コイル27の通電時間とは、詳しくは、点火コイル27のイグナイタへの通電が行われる時間である。通電の遮断時期が点火時期であるので、点火時期と通電時間とが定まれば、点火コイル27の通電期間が定まる。点火コイル27への通電は、エンジンECU7から点火コイル27へ供給される点火指示信号によって行われる。すなわち、点火指示信号は点火コイル27のイグナイタを通電させる通電信号である。
多気筒エンジンでは、気筒毎にインジェクタ25の通電期間が設定され、また、気筒毎に点火コイル27の通電期間が設定される。図7に示すグラフは、4つの気筒#1,#2,#3,#4のそれぞれにおける各通電期間の設定が例示されている。図7において、点火コイル27の通電信号が立ち上がっている期間が点火コイル27の通電期間であり、インジェクタ25の通電信号が立ち上がっている期間がインジェクタ25の通電期間である。ただし、グラフの横軸は時間ではなくクランク角である。通電期間はエンジン回転数を用いてクランク角に変換される。
4気筒エンジンを含む多気筒エンジンでは、1つの気筒におけるインジェクタ25の通電期間と、他の気筒における点火コイル27の通電期間との間に重複が生じる場合が有る。図7に示す例では、例えば、第1気筒#1の点火コイル27の通電期間と第2気筒#2のインジェクタ25の通電期間との間に重複が生じている。点火コイル27とインジェクタ25とは、電源であるバッテリ10を共有している。このため、点火コイル27の通電期間とインジェクタ25の通電期間との重複は、インジェクタ25側に流れる電流を減少させ、インジェクタ25に印加される電圧を低下させる。
図7の最下段には、第2気筒#2のインジェクタ25に印加される電圧のクランク角による変化の例が、エンジンECU7により認識されるバッテリ10の電圧と対比して描かれている。エンジンECU7により認識されるバッテリ10の電圧は一定であるのに対し、第2気筒#2のインジェクタ25に印加される電圧は、点火コイル27の通電期間中に徐々に低下していき、点火コイル27への通電の終了により回復する。全気筒の点火コイル27と全気筒のインジェクタ25とが電源を共有していることから、何れか1つの点火コイル27の通電時には、全てのインジェクタ25において電圧の低下が起きる。よって、第2気筒#2以外の他の気筒においても、図7に示すような電圧の低下が同時に起きている。
点火コイル27の通電期間とインジェクタ25の通電期間とが重なる場合、その重複期間は電圧の低下によってインジェクタ25が十分に開かず、必要な量の燃料を噴射することができない。燃料噴射量の不足は空燃比をリーン化させ、エミッション性能を悪化させるおそれが有る。そこで、エンジンECU7は、エンジン制御において、点火コイル27の通電期間とインジェクタ25の通電期間とが重なる場合、その重複期間を低減するための補正処理を実行する。
6.実施の形態1に係るエンジン制御
以下、エンジンECU7により実行されるエンジン制御に関し、実施の形態1,2,3の3つの実施の形態を説明する。なお、以下に説明するエンジン制御は、ハイブリッド車両1の駆動力制御を構成するエンジン制御であって、図2に示す制御フローのステップS3において実行されるエンジン制御に含まれる。
図8は、実施の形態1に係るエンジン制御の制御フローを示すフローチャートである。エンジンECU7は、この制御フローで表されるルーチンを所定の周期で実行している。まず、エンジンECU7は、ステップS101及びステップS102の処理からなる設定処理を実行する。
ステップS101では、エンジンECU7は、エンジン2の運転状態に応じて点火コイル27の通電期間を設定する。具体的には、エンジンECU7は、エンジン2の運転状態に基づいてMBTとノッキング点火時期とをそれぞれ計算し、より遅角側の点火時期を選択する。そして、点火時期と通電時間とから点火コイル27の通電期間を算出する。なお、点火コイル27の通電期間の算出は、例えば、次回点火が行われる気筒の点火コイル27について行われる。
ステップS102では、エンジンECU7は、エンジン2の運転状態に応じてインジェクタ25の通電期間を設定する。具体的には、エンジンECU7は、エンジン2の運転状態に基づいて噴射時期を算出するととともに、ハイブリッドECU6から要求される駆動力に基づいて燃料の噴射時間を算出する。そして、噴射時期と噴射時間とからインジェクタ25の通電期間を算出する。なお、インジェクタ25の通電期間の算出は、例えば、次回燃料噴射が行われる気筒のインジェクタ25について行われる。
ステップS101及びステップS102の処理の後、エンジンECU7は、ステップS103の判定を行う。なお、図8に示す制御フローでは、ステップS101の処理とステップS102の処理とは並行して行われているが、ステップS101の処理の後にステップS102の処理を行ってもよいし、その逆でもよい。
ステップS103では、エンジンECU7は、ステップS101で設定された点火コイル27の通電期間と、ステップS102で設定されたインジェクタ25の通電期間とが重複しているかどうか判定する。重複が無いのであれば、エンジン制御のルーチンは一旦終了する。この場合、エンジンECU7は、ステップS101及びステップS102で設定された各通電期間を採用して点火制御及び燃料噴射制御を行う。
ステップS103の判定で通電期間の重複が有る場合、エンジンECU7は、ステップS104、ステップS105、及びステップS106の処理からなる補正処理を実行する。
ステップS104では、エンジンECU7は、点火コイル27の通電期間の進角限界及び遅角限界を算出する。ステップS101において点火時期をMBTに合わせるように点火コイル27の通電期間が設定されている場合、点火コイル27の通電期間の進角限界は、点火時期がノッキング点火時期まで進角したときの通電期間である。また、点火コイル27の通電期間の遅角限界は、点火時期が失火限界点火時期まで遅角したときの通電期間である。ステップS101において点火時期をノッキング点火時期に合わせるように点火コイル27の通電期間が設定されている場合、現在の点火コイル27の通電期間が進角限界であり、点火コイル27の通電期間の遅角限界は、点火時期が失火限界点火時期まで遅角したときの通電期間である。
ステップS105では、エンジンECU7は、インジェクタ25の通電期間の進角限界及び遅角限界を算出する。前述の通り、インジェクタ25の噴射終了時期が遅くなると、噴射した燃料の霧化に十分な時間が得られなくなるために排気中のHC濃度が増大する。インジェクタ25の通電期間の遅角限界は、排気中のHC濃度が許容値に達することになるまで遅角したときの通電期間である。一方、インジェクタ25の通電期間の進角限界は、現在の設定で通電時期が重なる点火コイル27とは別の点火コイル27の通電時期と関係する。
インジェクタ25の通電期間の進角限界について具体的に説明する。図7に示す例では、第2気筒#2のインジェクタ25の通電期間は、第1気筒#1の点火コイル27の通電期間と重なっている。ここで、第2気筒#2のインジェクタ25の通電期間を進角していくと、第1気筒#1の点火コイル27の通電期間との重複はやがて解消される。しかし、第2気筒#2のインジェクタ25の通電期間をさらに進角すると、今度は、第2気筒#2の点火コイル27の通電期間との間で重複期間が生じることになる。つまり、インジェクタ25の通電期間の進角限界は、点火順番において1つ前の点火コイル27の通電期間に重なるまで進角したときの通電期間である。
ステップS104及びステップS105の各処理の後、エンジンECU7は、ステップS106の処理を行う。なお、図8に示す制御フローでは、ステップS104の処理とステップS105の処理とは並行して行われているが、ステップS104の処理の後にステップS105の処理を行ってもよいし、その逆でもよい。
ステップS106では、エンジンECU7は、点火コイル27の通電期間とインジェクタ25の通電期間との重複を回避する方法を決定する。重複を回避する方法は、インジェクタ25の通電期間を補正すること、点火コイル27の通電期間の補正すること、その両方を補正することの何れかである。
エンジンECU7は、基本的には、インジェクタ25の通電期間の補正を優先して行う。つまり、点火コイル27の通電期間とインジェクタ25の通電期間との重複期間を解消するか或いは最小にするように、ステップS105で算出した遅角限界から進角限界までの範囲内でインジェクタ25の通電期間を補正する。インジェクタ25の通電期間を遅角しても進角しても重複期間を解消することができる場合、排気ガス中のHC濃度をより抑えることができる側に通電期間を補正する。
インジェクタ25の通電期間の補正により重複期間が解消されない場合、エンジンECU7は、重複期間が最小になるようにインジェクタ25の通電期間を補正した上で、点火コイル27の通電期間を補正する。点火時期をMBTに合わせるように点火コイル27の通電期間が設定されている場合において、点火コイル27の通電期間を遅角しても進角しても重複期間を解消することができる場合は、エンジン2のトルクの低下が小さい側に通電期間を補正する。
また、点火時期をMBTに合わせるように点火コイル27の通電期間が設定されている場合において、MBTでのトルクに対するトルク低下率が所定値(例えば数%)以下となる範囲内での補正により重複期間を解消できるのであれば、エンジンECU7は、インジェクタ25の通電期間を補正するのではなく、点火コイル27の通電期間の補正を優先して行う。点火コイル27の通電期間を遅角しても進角しても重複期間を解消することができる場合は、エンジン2のトルクの低下がより小さい側に通電期間を補正する。
なお、エンジン2の運転状態によっては、インジェクタ25の通電期間を遅角限界或いは進角限界まで補正し、さらに、点火コイル27の通電期間を遅角限界或いは進角限界まで補正しても重複期間を解消できない可能性が有る。そのような場合、エンジンECU7は、重複期間に応じてインジェクタ25の通電期間を延長する。点火コイル27の通電期間にインジェクタ25の通電期間が重なる場合、電圧の低下によってインジェクタ25が十分に開かず必要な量の燃料を噴射することができないが、インジェクタ25の通電期間を延長することで、必要な量の燃料を噴射することが可能になる。
次に、ステップS107では、エンジンECU7は、点火コイル27の通電期間を補正したかどうか判定する。点火コイル27の通電期間を補正していない場合、エンジン制御のルーチンは一旦終了する。この場合、エンジンECU7は、ステップS106で補正された通電期間を採用して点火制御及び燃料噴射制御を行う。
ステップS107の判定で点火コイル27の通電期間に補正が有る場合、ハイブリッドECU6からの要求に対してエンジン2の駆動力に不足が生じる。この場合、エンジンECU7は、ハイブリッド車両1の駆動力制御に関する説明の中で述べたとおり、不足分の駆動力をモータ7の駆動力で補わせるようにモータECU8へ要求を出す(図2に示す制御フローを参照)。そのための処理が次に説明するステップS108及びS109の処理である。
ステップS108では、エンジンECU7は、点火コイル27の通電期間の補正に伴うエンジン2のトルクの低下量を算出する。この計算には、エンジン2のトルクと、それを決定する制御パラメータである点火時期、吸入空気量、及び空燃比を関連付けたマップが用いられる。点火コイル27への通電の遮断時期が点火時期であるので、点火コイル27の通電期間を補正することによって点火時期も補正される。補正前の点火時期で得られるトルクと、補正後の点火時期で得られるトルクとをそれぞれマップを用いて算出し、その差分をとることで、エンジン2のトルクの低下量を算出することができる。
ステップS109では、エンジンECU7は、ステップS108で算出したエンジン2のトルクの低下量から駆動力の不足分を計算する。そして、不足分の駆動力を補うために必要なモータ3のトルクの加算量を算出する。エンジンECU7は、算出した加算量の分だけモータ3のトルクを増大させるように、モータECU8に対して要求を出力する。モータECU8の側では、エンジンECU7からの要求を受けてモータ3のトルクを増大させる。これにより、点火コイル27の通電期間の補正によってエンジン2の駆動力が低下する場合であっても、ハイブリッドECU6が要求する駆動力をハイブリッドシステム全体として実現することができる。
以上説明した通り、実施の形態1に係るエンジン制御によれば、インジェクタ25の通電期間の補正により重複期間が解消されるのであれば、エンジン2の運転状態に応じて設定される通電期間にて点火コイル27に通電することができる。また、点火コイル27の通電期間の補正が行われるとしても、その補正量は最小に抑えられる。つまり、実施の形態1に係るエンジン制御によれば、通常点火時期での点火の実現を優先しながら、点火コイル27の通電期間とインジェクタ25の通電期間との重複期間を低減することができる。もちろん、ここでいう重複期間の低減には、重複期間を解消することも含まれている。
7.実施の形態2に係るエンジン制御
図9は、実施の形態2に係るエンジン制御の制御フローを示すフローチャートである。実施の形態2では、エンジンECU7は、この制御フローで表されるルーチンを所定の周期で実行している。なお、図9に示す制御フローにおいて、図8に示す制御フロー中の処理と同一内容の処理については同一のステップ番号を付している。また、それらの処理については、内容の説明を省略するか若しくは簡略化する。
実施の形態2では、エンジンECU7は、まず、ステップS101、S105、及びS121の処理からなる設定処理を実行する。ステップS101では、エンジンECU7は、エンジン2の運転状態に応じて点火コイル27の通電期間を設定する。ステップS105では、エンジンECU7は、インジェクタ25の通電期間の進角限界及び遅角限界を算出する。
ステップS101及びステップS105の各処理の後、エンジンECU7は、ステップS121の処理を行う。なお、図9に示す制御フローでは、ステップS101の処理とステップS105の処理とは並行して行われているが、ステップS101の処理の後にステップS105の処理を行ってもよいし、その逆でもよい。
ステップS121では、エンジンECU7は、ステップS101で設定された点火コイル27の通電期間との重複期間が最小になるように、ステップS105で算出した遅角限界から進角限界までの範囲内でインジェクタ25の通電期間を設定する。重複期間が最小になることには、重複期間が解消されることも含まれる。インジェクタ25の通電期間を点火コイル27の通電期間に対して遅角側にも進角側にも設定できる場合、排気ガス中のHC濃度をより抑えることができる側に通電期間を設定する。
上記設定処理の後、エンジンECU7は、ステップS103の判定を行う。ステップS103では、エンジンECU7は、ステップS101で設定された点火コイル27の通電期間と、ステップS121で設定されたインジェクタ25の通電期間とが重複しているかどうか判定する。重複が無いのであれば、エンジン制御のルーチンは一旦終了する。この場合、エンジンECU7は、ステップS101及びステップS121で設定された各通電期間を採用して点火制御及び燃料噴射制御を行う。
ステップS103の判定で通電期間の重複が有る場合、エンジンECU7は、ステップS104及びS122の処理からなる補正処理を実行する。ステップS104では、エンジンECU7は、点火コイル27の通電期間の進角限界及び遅角限界を算出する。
ステップS104の処理に続き、エンジンECU7は、ステップS122の処理を実行する。ステップS122では、エンジンECU7は、ステップS121で設定されたインジェクタ25の通電期間との重複期間を解消するように、ステップS104で算出した遅角限界から進角限界までの範囲内で点火コイル27の通電期間を補正する。点火時期をMBTに合わせるように点火コイル27の通電期間が設定されている場合において、点火コイル27の通電期間を遅角しても進角しても重複期間を解消することができる場合は、エンジン2のトルクの低下が小さい側に通電期間を補正する。なお、点火コイル27の通電期間を遅角限界或いは進角限界まで補正しても重複期間を解消できない場合、エンジンECU7は、重複期間に応じてインジェクタ25の通電期間を延長する。
点火コイル27の通電期間に補正が有る場合、ハイブリッドECU6からの要求に対してエンジン2の駆動力に不足が生じる。不足分の駆動力をモータ7の駆動力で補わせるようにモータECU8へ要求を出すため、エンジンECU7は、ステップS108及びS109の処理を実行する。ステップS108では、エンジンECU7は、点火コイル27の通電期間の補正に伴うエンジン2のトルクの低下量を算出する。ステップS109では、エンジンECU7は、ステップS108で算出したエンジン2のトルクの低下量に基づいて、不足分の駆動力を補うために必要なモータ3のトルクの加算量を算出する。
以上説明した通り、実施の形態2に係るエンジン制御によれば、インジェクタ25の通電期間の設定により重複期間が生じないのであれば、エンジン2の運転状態に応じて設定される通電期間にて点火コイル27に通電することができる。また、点火コイル27の通電期間とインジェクタ25の通電期間との重複期間が生じたとしても、重複期間は最小に抑えられているので、点火コイルの通電期間の補正量は最小に抑えられる。つまり、実施の形態2に係るエンジン制御によれば、実施の形態1に係るエンジン制御と同じく、通常点火時期での点火の実現を優先しながら、点火コイル27の通電期間とインジェクタ25の通電期間との重複期間を低減することができる。
8.実施の形態3に係るエンジン制御
図10は、実施の形態2に係るエンジン制御の制御フローを示すフローチャートである。実施の形態3では、エンジンECU7は、この制御フローで表されるルーチンを所定の周期で実行している。なお、図10に示す制御フローにおいて、図8に示す制御フロー中の処理と同一内容の処理については同一のステップ番号を付している。また、それらの処理については、内容の説明を省略するか若しくは簡略化する。
実施の形態2では、エンジンECU7は、まず、ステップS102、S131、及びS132の処理からなる設定処理を実行する。ステップS102では、エンジンECU7は、エンジン2の運転状態に応じてインジェクタ25の通電期間を設定する。
ステップS131では、エンジンECU7は、MBTでのトルクを維持可能な点火コイル27の通電期間の進角限界を算出する。MBTでのトルクを維持可能とは、例えば、MBTでのトルクに対するトルク低下率を所定値(例えば数%)以下に抑えることが可能であることを意味する。点火時期の変化に対するトルクの感度はエンジン2の運転状態に依存する。エンジンECU7は、点火時期とトルクとエンジン2の運転状態とを関連付けたマップを用いて、点火コイル27の通電期間の進角限界を計算する。
ステップS102及びステップS131の各処理の後、エンジンECU7は、ステップS132の処理を行う。なお、図10に示す制御フローでは、ステップS102の処理とステップS131の処理とは並行して行われているが、ステップS102の処理の後にステップS105の処理を行ってもよいし、その逆でもよい。
ステップS132では、エンジンECU7は、ステップS102で設定されたインジェクタ25の通電期間との重複期間が最小になるように、MBTからステップS131で算出した進角限界までの範囲内で点火コイル27の通電期間を設定する。重複期間が最小になることには、重複期間が解消されることも含まれる。ただし、MBTよりもノッキング点火時期の方が遅角側にある場合には、点火時期をノッキング点火時期よりも進角することはできない。この場合、エンジンECU7は、点火時期をノッキング点火時期に合わせるように点火コイル27の通電期間を設定する。
上記設定処理の後、エンジンECU7は、ステップS103の判定を行う。ステップS103では、エンジンECU7は、ステップS102で設定されたインジェクタ25の通電期間と、ステップS132で設定された点火コイル27の通電期間とが重複しているかどうか判定する。重複が無いのであれば、エンジン制御のルーチンは一旦終了する。この場合、エンジンECU7は、ステップS102及びステップS132で設定された各通電期間を採用して点火制御及び燃料噴射制御を行う。
ステップS103の判定で通電期間の重複が有る場合、エンジンECU7は、ステップS104、ステップS105、及びステップS106の処理からなる補正処理を実行する。ステップS104では、エンジンECU7は、点火コイル27の通電期間の進角限界及び遅角限界を算出する。ステップS105では、エンジンECU7は、インジェクタ25の通電期間の進角限界及び遅角限界を算出する。ステップS106では、エンジンECU7は、点火コイル27の通電期間とインジェクタ25の通電期間との重複を回避する方法を決定する。
上記補正処理の後、エンジンECU7は、ステップS107の判定を行う。ステップS107では、エンジンECU7は、点火コイル27の通電期間を補正したかどうか判定する。点火コイル27の通電期間を補正していない場合、エンジン制御のルーチンは一旦終了する。この場合、エンジンECU7は、ステップS106で補正された通電期間を採用して点火制御及び燃料噴射制御を行う。
ステップS107の判定で点火コイル27の通電期間に補正が有る場合、ハイブリッドECU6からの要求に対してエンジン2の駆動力に不足が生じる。不足分の駆動力をモータ7の駆動力で補わせるようにモータECU8へ要求を出すため、エンジンECU7は、ステップS108及びS109の処理を実行する。ステップS108では、エンジンECU7は、点火コイル27の通電期間の補正に伴うエンジン2のトルクの低下量を算出する。ステップS109では、エンジンECU7は、ステップS108で算出したエンジン2のトルクの低下量に基づいて、不足分の駆動力を補うために必要なモータ3のトルクの加算量を算出する。
以上説明した通り、実施の形態3に係るエンジン制御によれば、トルクの低下を抑制可能な範囲内での点火コイル27の通電期間の設定により重複期間が生じないのであれば、エンジン2の運転状態に応じて設定される通電期間にてインジェクタ25に通電することができる。また、インジェクタ25の通電期間の補正が行われるとしても、その補正量は最小に抑えられる。さらに、インジェクタ25の通電期間の補正により重複期間が解消されなかったとしても、点火コイル27の通電期間の補正によって重複期間を解消或いは縮小することができる。つまり、実施の形態3に係るエンジン制御によれば、通常噴射時期での燃料噴射の実現を優先しながら、点火コイル27の通電期間とインジェクタ25の通電期間との重複期間を低減することができる。
9.その他の実施の形態
上記実施の形態に係るハイブリッド車両1はパラレル方式のハイブリッドシステムを備えるが、本発明は、所謂シリーズパラレル方式のハイブリッドシステムを備えたハイブリッド車両にも適用可能である。また、本発明は、モータの駆動力をエンジンのアシストに使用してモータの駆動力のみでは走行しないハイブリッド車両、例えば、ISG(Integrated Starter Generator)ハイブリッドシステムを備えたハイブリッド車両にも適用可能である。
上記実施の形態に係るエンジン2は、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射インジェクタを備えているが、本発明は、燃焼室内に直接燃料を噴射する直噴インジェクタを備えるエンジンにも適用可能である。さらに、本発明は、ポート噴射インジェクタと直噴インジェクタの両方を備えるエンジンにも適用可能である。
1 ハイブリッド車両
2 エンジン
3 モータ
6 ハイブリッドECU
7 エンジンECU
8 モータECU
10 バッテリ
25 インジェクタ
26 点火プラグ
27 点火コイル

Claims (9)

  1. 電源を共有する点火コイル及びインジェクタと、前記点火コイル及び前記インジェクタへの通電を制御する制御装置とを備えた内燃機関において、
    前記制御装置は、
    前記内燃機関の運転状態に応じて前記点火コイルの通電期間を設定する設定処理と、
    前記点火コイルの通電期間が前記インジェクタの通電期間と重なる場合、前記点火コイルの通電期間と前記インジェクタの通電期間との重複期間を低減させるように前記点火コイルの通電期間を補正する補正処理と、を実行するように構成された
    ことを特徴とする内燃機関。
  2. 前記制御装置は、
    前記設定処理では、前記内燃機関の運転状態に応じて前記点火コイルの通電期間を設定するとともに、前記内燃機関の運転状態に応じて前記インジェクタの通電期間を設定し、
    前記補正処理では、所定の遅角限界から所定の進角限界までの範囲内での前記インジェクタの通電期間の補正により前記重複期間が解消されない場合、前記点火コイルの通電期間を補正する
    ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関。
  3. 前記制御装置は、
    前記設定処理では、前記内燃機関の運転状態に応じて前記点火コイルの通電期間を設定するとともに、前記重複期間が最小になるように所定の遅角限界から所定の進角限界までの範囲内で前記インジェクタの通電期間を設定する
    ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関。
  4. 前記制御装置は、
    前記設定処理では、点火時期をMBTに合わせるように前記点火コイルの通電期間を設定し、
    前記補正処理では、前記点火時期がノッキング点火時期を超えて過進角されない範囲で前記点火コイルの通電期間を進角するか、或いは、前記点火時期が失火限界点火時期を超えて過遅角されない範囲で点火コイルの通電期間を遅角する
    ことを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の内燃機関。
  5. 前記制御装置は、
    前記設定処理では、点火時期をノッキング点火時期に合わせるように前記点火コイルの通電期間を設定し、
    前記補正処理では、前記点火時期が失火限界点火時期を超えて過遅角されない範囲で点火コイルの通電期間を遅角する
    ことを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の内燃機関。
  6. 前記制御装置は、
    前記設定処理では、点火時期をMBTに合わせるように前記点火コイルの通電期間を設定するとともに、前記内燃機関の運転状態に応じて前記インジェクタの通電期間を設定し、
    前記補正処理では、MBTでのトルクに対するトルク低下率が所定値以下となる範囲内で前記点火コイルの通電期間を補正するとともに、前記点火コイルの通電期間の補正により前記重複期間が解消されない場合、所定の遅角限界から所定の進角限界までの範囲内で前記インジェクタの通電期間を補正する
    ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関。
  7. 前記制御装置は、
    前記設定処理では、前記内燃機関の運転状態に応じて前記インジェクタの通電期間を設定するとともに、MBTでのトルクに対するトルク低下率が所定値以下となる範囲内で前記重複期間が最小になるように前記点火コイルの通電期間を設定し、
    前記補正処理では、所定の遅角限界から所定の進角限界までの範囲内での前記インジェクタの通電期間の補正により前記重複期間が解消されない場合、点火時期がノッキング点火時期を超えて過進角されない範囲で前記点火コイルの通電期間を進角するか、或いは、前記点火時期が失火限界点火時期を超えて過遅角されない範囲で点火コイルの通電期間を遅角する
    ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関。
  8. 電源を共有する点火コイル及びインジェクタと、前記点火コイル及び前記インジェクタへの通電を制御する制御装置とを備えた内燃機関において、
    前記制御装置は、
    前記内燃機関の運転状態に応じて前記点火コイルの通電期間を設定する設定処理と、
    前記点火コイルの通電期間が前記インジェクタの通電期間と重なる場合、前記点火コイルの通電期間と前記インジェクタの通電期間とが重ならなくなるまで前記点火コイルの通電期間を補正する補正処理と、を実行するように構成された
    ことを特徴とする内燃機関。
  9. 請求項1乃至8の何れか1項に記載の内燃機関と電動機とを有し、前記内燃機関の駆動力に前記電動機の駆動力を付加することが可能なハイブリッド車両であって、
    前記点火コイルの通電期間の補正によって前記内燃機関の駆動力が低下する場合、前記内燃機関の駆動力の低下分を前記電動機の駆動力によって補うように構成された
    ことを特徴とするハイブリッド車両。
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