KR20090025205A - 내연기관장치 및 내연기관의 실화 판정방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 역학 모델을 이용하여 계산한 모터로부터 출력된 출력 토오크의 크랭크샤프트의 회전변동에 미치는 영향의 주파수 특성과 모터에 의한 제진 제어시의 진폭(P)과, 위상(θ)을 이용하여 30도마다의 크랭크샤프트가 30도 회전하는 데 필요한 시간으로서의 30도 회전수(N30) 베이스에서의 영향성분(N30m)을 계산함과 동시에(단계 S110), 이것의 역수로서의 영향성분(T30m)을 30도 소요시간(T30)으로부터 줄여 판정용 소요시간(T30j)을 계산하고(S120, S130), 계산한 판정용 소요시간(T30j)을 문턱값(Tref)과 비교하여 엔진의 실화를 판정한다(S140). 이것에 의하여 댐퍼를 거쳐 후단에 동력을 출력하는 엔진의 실화를 더욱 확실하고 정밀도 좋게 판정할 수 있다.

Description

내연기관장치 및 내연기관의 실화 판정방법{INTERNAL COMBUSTION ENGINE DEVICE, AND MISFIRE JUDGING METHOD FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은, 내연기관장치 및 내연기관의 실화 판정방법 및 내연기관장치를 탑재하는 차량에 관한 것으로, 상세하게는 비틀림 요소를 거쳐 구동축에 동력을 출력 가능한 복수 기통의 내연기관을 가지는 내연기관장치 및 비틀림 요소를 거쳐 구동축에 동력을 출력 가능한 복수 기통의 내연기관의 실화 판정방법 및 내연기관장치를 탑재하는 차량에 관한 것이다.
종래, 이 종류의 내연기관장치로서는, 엔진의 크랭크축에 발전 가능한 모터가 설치된 차량에 있어서, 엔진의 토오크 변동을 모터에 의해 상쇄하는 제진 제어시의 모터의 토오크 보정량에 의거하여 엔진의 실화를 판정하는 것이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 이 장치에서는, 모터에 의한 제진 제어가 실행되어 있지 않을 때나, 모터에 의한 제진 제어가 실행되어 있어도 엔진이 고회전 고 토오크로 운전되고 있을 때에는, 크랭크각 위치에서의 회전변동에 의거하여 실화를 판정하고, 모터에 의한 제진 제어가 실행되어 있고, 또한, 엔진이 저회전으로 운전되고 있거나 저토오크로 운전되고 있을 때에는, 제진 제어시의 모터의 토오크 보정량에 의거하여 엔진의 실화를 판정하고 있다.
[특허문헌 1]
일본국 특개2001-65402호 공보
상기한 장치와 같이 모터에 의한 제진 제어를 행하고 있을 때에는, 종래의 실화 판정방법으로는 실화를 판정하는 것은 곤란해지나, 실화의 판정이 곤란해지는 요인으로서는, 이와 같은 제진 제어에 한정되지 않는다. 예를 들면, 엔진의 토오크 변동을 억제할 목적으로 사용되는 댐퍼 등의 비틀림 요소를 거쳐 변속기 등에 엔진이 접속되어 있을 때에는, 엔진의 운전 포인트에 따라서는 댐퍼를 포함한 변속기 전체가 공진하여, 실화의 판정이 곤란해진다.
본 발명의 내연기관장치 및 내연기관의 실화 판정방법 및 차량은, 댐퍼 등의 비틀림 요소를 거쳐 구동축에 동력을 출력 가능한 복수 기통의 내연기관의 실화를더욱 확실하게 판정하는 것을 목적의 하나로 한다. 또, 본 발명의 내연기관장치 및 내연기관의 실화 판정방법 및 차량은, 댐퍼 등의 비틀림 요소를 거쳐 구동축에 동력을 출력 가능한 복수 기통의 내연기관의 실화를 정밀도 좋게 판정하는 것을 목적의 하나로 한다.
본 발명의 내연기관장치 및 내연기관의 실화 판정방법 및 차량은, 상기한 목적의 적어도 일부를 달성하기 위하여 이하의 수단을 채용하였다.
본 발명의 내연기관장치는, 비틀림 요소를 거쳐 구동축에 동력을 출력 가능한 복수 기통의 내연기관을 가지는 내연기관장치에 있어서, 상기 내연기관의 출력축에 상기 비틀림 요소를 거쳐 접속됨과 동시에 상기 구동축에 접속되어 상기 내연기관의 회전수 및 회전변동을 조정 가능한 회전 조정수단과, 상기 내연기관의 출력축의 회전위치를 검출하는 회전위치 검출수단과, 상기 검출된 회전위치에 의거하여 상기 내연기관의 회전변동을 연산하는 회전변동 연산수단과, 상기 회전 조정수단에 의한 상기 내연기관의 회전수 및 회전변동의 조정에 의하여 상기 내연기관의 회전변동에 미치는 영향성분을 연산하는 영향성분 연산수단과, 상기 연산된 내연기관의 회전변동과 상기 연산된 영향성분에 의거하여 상기 내연기관 중 어느 하나의 기통이 실화되어 있다고 판정하는 실화 판정수단을 구비하는 것을 요지로 한다.
이 본 발명의 내연기관장치에서는, 내연기관의 출력축의 회전위치에 의거하여 내연기관의 회전변동을 연산함과 동시에 회전 조정수단에 의한 내연기관의 회전수 및 회전변동의 조정에 의하여 내연기관의 회전변동에 미치는 영향성분을 연산하고, 연산한 내연기관의 회전변동과 연산한 영향성분에 의거하여 내연기관 중 어느기통이 실화되어 있는지의 여부를 판정한다. 즉, 회전 조정수단에 의한 내연기관의 회전변동에 미치는 영향성분을 고려하여 실화를 판정하는 것이다. 이에 의하여, 비틀림 요소를 거쳐 구동축에 동력을 출력하는 내연기관의 실화를 더욱 확실하고 정밀도 좋게 판정할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 내연기관장치에 있어서, 상기 영향성분 연산수단은, 상기 내연기관과 상기 비틀림 요소와 상기 회전 조정수단을 포함하는 역학 모델에 대한 운동방정식을 풀어 얻어지는 상기 회전 조정수단의 토오크 출력에 대하여 상기내연기관의 회전변동에 미치는 영향에 있어서의 전달함수와 상기 회전 조정수단의 토오크 출력의 진폭과 위상에 의거하여 상기 영향성분을 연산하는 수단인 것으로 할 수도 있다.
또, 본 발명의 내연기관장치에 있어서, 상기 실화 판정수단은, 상기 연산된 내연기관의 회전변동으로부터 상기 연산된 영향성분을 줄여 얻어지는 회전변동인, 영향제거가 끝난 회전변동에 의거하여 실화를 판정하는 수단인 것으로 할 수도 있다. 이 경우, 상기 실화 판정수단은, 상기 영향제거가 끝난 회전변동의 역수가 문턱값 이상이 될 때에 실화되어 있다고 판정하는 수단인 것으로 할 수도 있다.
또한, 본 발명의 내연기관장치에 있어서, 상기 회전 조정수단은, 전력과 동력의 입출력을 동반하여 상기 출력축과 상기 구동축에 동력을 입출력 가능한 수단인 것으로 할 수도 있다. 이 경우, 상기 회전 조정수단은, 상기 내연기관의 출력축과 상기 구동축과 회전축과의 3축에 접속되어 상기 3축 중 어느 2축에 입출력된 동력에 의거하여 나머지 축에 동력을 입출력하는 3축식 동력 입출력수단과, 상기 회전축에 동력을 입출력 가능한 전동기를 구비하는 수단인 것으로 할 수도 있다.
본 발명의 내연기관의 실화 판정방법은, 복수 기통의 내연기관과, 상기 내연기관의 출력축에 비틀림 요소를 거쳐 접속됨과 동시에 구동축에 접속되어 상기 내연기관의 회전수 및 회전변동을 조정 가능한 회전 조정수단을 구비하는 내연기관장치에 있어서의 상기 내연기관의 실화를 판정하는 실화 판정방법에 있어서, 상기 내연기관의 출력축의 회전위치에 의거하여 상기 내연기관의 회전변동을 연산함과 동시에 상기 회전 조정수단에 의한 상기 내연기관의 회전수 및 회전변동의 조정에 의하여 상기 내연기관의 회전변동에 미치는 영향성분을 연산하고, 상기 연산한 내연기관의 회전변동으로부터 상기 연산한 영향성분을 줄여 얻어지는 회전변동에 의거하여 상기 내연기관 중 어느 기통이 실화되어 있는지의 여부를 판정하는 것을 특징으로 한다.
이 본 발명의 내연기관의 실화 판정방법에서는, 내연기관의 출력축의 회전위치에 의거하여 내연기관의 회전변동을 연산함과 동시에 회전 조정수단에 의한 내연기관의 회전수 및 회전변동의 조정에 의하여 내연기관의 회전변동에 미치는 영향성분을 연산하고, 연산한 내연기관의 회전변동과 연산한 영향성분에 의거하여 내연기관 중 어느 기통이 실화되어 있는지의 여부를 판정한다. 즉, 회전 조정수단에 의한 내연기관의 회전변동에 미치는 영향성분을 고려하여 실화를 판정하는 것이다. 이에 의하여, 비틀림 요소를 거쳐 구동축에 동력을 출력하는 내연기관의 실화를 더욱 확실하고 정밀도 좋게 판정할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 내연기관의 실화 판정방법에 있어서, 상기 내연기관과 상기 비틀림 요소와 상기 회전 조정수단을 포함하는 역학 모델에 대한 운동방정식을 풀어 얻어지는 상기 회전 조정수단의 토오크 출력에 대하여 상기 내연기관의 회전변동에 미치는 영향에 있어서의 전달함수와 상기 회전 조정수단의 토오크 출력의 진폭과 위상에 의거하여 상기 영향성분을 연산하는 것을 특징으로 하는 것으로 할 수도 있다.
또, 본 발명의 내연기관의 실화 판정방법에 있어서, 상기 연산한 내연기관의 회전변동으로부터 상기 연산한 영향성분을 줄여 얻어지는 회전변동인, 영향제거가 끝난 회전변동에 의거하여 실화를 판정하는 수단인 것으로 할 수도 있다.
본 발명의 차량은, 비틀림 요소를 거쳐 차축에 연결된 구동축에 동력을 출력가능한 복수 기통의 내연기관을 가지는 내연기관과, 상기 내연기관의 출력축에 상기 비틀림 요소를 거쳐 접속됨과 동시에 상기 구동축에 접속되어 상기 내연기관의 회전수 및 회전변동을 조정 가능한 회전 조정수단과, 상기 내연기관의 출력축의 회전위치를 검출하는 회전위치 검출수단과, 상기 검출된 회전위치에 의거하여 상기 내연기관의 회전변동을 연산하는 회전변동 연산수단과, 상기 회전 조정수단에 의한 상기 내연기관의 회전수 및 회전변동의 조정에 의하여 상기 내연기관의 회전변동에 미치는 영향성분을 연산하는 영향성분 연산수단과, 상기 연산된 내연기관의 회전변동과 상기 연산된 영향성분에 의거하여 상기 내연기관 중 어느 하나의 기통이 실화되어 있다고 판정하는 실화 판정수단을 구비하는 것을 요지로 한다.
이 본 발명의 차량에서는, 내연기관의 출력축의 회전위치에 의거하여 내연기관의 회전변동을 연산함과 동시에 회전 조정수단에 의한 내연기관의 회전수 및 회전변동의 조정에 의하여 내연기관의 회전변동에 미치는 영향성분을 연산하고, 연산한 내연기관의 회전변동과 연산한 영향성분에 의거하여 내연기관 중 어느 기통이 실화되어 있는지의 여부를 판정한다. 즉, 회전 조정수단에 의한 내연기관의 회전변동에 미치는 영향성분을 고려하여 실화를 판정하는 것이다. 이에 의하여 비틀림 요소를 거쳐 구동축에 동력을 출력하는 내연기관의 실화를 더욱 확실하고 정밀도 좋게 판정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예인 하이브리드자동차(20)의 구성의 개략을 나타내는 구성도,
도 2는 엔진(22)의 구성의 개략을 나타내는 구성도,
도 3은 엔진 ECU(24)에 의해 실행되는 실화 판정처리의 일례를 나타내는 플로우차트,
도 4는 30도 소요시간(T30)의 연산처리의 일례를 나타내는 플로우차트,
도 5는 모터(MG1)의 출력 토오크의 크랭크샤프트(26)의 회전변동에 미치는 영향의 주파수 특성의 보드선도의 일례를 나타내는 설명도,
도 6은 모터(MG1)보다 후단의 영향을 무시한 역학 모델의 일례를 나타내는 설명도,
도 7은 변형예의 하이브리드자동차(120)의 구성의 개략을 나타내는 구성도,
도 8은 변형예의 하이브리드자동차(220)의 구성의 개략을 나타내는 구성도이다.
다음에, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태를 실시예를 사용하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 일 실시예인 내연기관장치를 탑재한 하이브리드자동차(20)의 구성의 개략을 나타내는 구성도이다. 실시예의 하이브리드자동차(20)는, 도시하는 바와 같이 엔진(22)과, 엔진(22)의 출력축으로서의 크랭크샤프트(26)에 비틀림 요소로서의 댐퍼(28)를 거쳐 접속된 3축식의 동력분배 통합기구(30)와, 동력분배 통합기구(30)에 접속된 발전 가능한 모터(MG1)와, 동력분배 통합기구(30)에 접속된 구동축으로서의 링기어축(32a)에 설치된 감속기어(35)와, 이 감속기어(35)에 접속된 모터(MG2)와, 차량 전체를 컨트롤하는 하이브리드용 전자제어유닛(70)을 구 비한다. 여기서, 실시예의 내연기관장치에서는, 주로 엔진(22)과 이 엔진(22)에 댐퍼(28)를 거쳐 접속된 동력분배 통합기구(30)와 모터(MG1)와 엔진(22)를 제어하는 엔진용 전자제어유닛(24)이 해당한다.
엔진(22)은, 예를 들면 가솔린 또는 경유 등의 탄화수소계의 연료에 의해 동력을 출력 가능한 6기통의 내연기관으로서 구성되어 있고, 도 2에 나타내는 바와 같이, 에어클리너(122)에 의해 청정된 공기를 스로틀밸브(124)를 거쳐 흡입함과 동시에 기통마다 설치된 연료분사밸브(126)로부터 가솔린을 분사하여 흡입된 공기와 가솔린을 혼합하고, 이 혼합기를 흡기밸브(128)를 거쳐 연료실에 흡입하고, 점화 플러그(130)에 의한 전기불꽃에 의하여 폭발 연소시키고, 그 에너지에 의하여 밀어 내려지는 피스톤(132)의 왕복연동을 크랭크샤프트(26)의 회전운동으로 변환한다. 엔진(22)으로부터의 배기는, 일산화탄소(CO)나 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx)의 유해성분을 정화하는 정화장치(3원촉매)(134)를 거쳐 외기로 배출된다.
엔진(22)은, 엔진용 전자제어유닛(이하, 엔진 ECU라 함)(24)에 의해 제어되고 있다. 엔진 ECU(24)는, CPU(24a)를 중심으로 하는 마이크로프로세서로 구성되어 있고, CPU(24a) 외에 처리 프로그램을 기억하는 ROM(24b)과, 데이터를 일시적으로 기억하는 RAM(24c)과, 도시 생략한 입출력 포트 및 통신 포트를 구비한다. 엔진 ECU(24)에는, 엔진(22)의 상태를 검출하는 여러가지 센서로부터의 신호, 크랭크샤프트(23)의 회전위치를 검출하는 크랭크 포지션 센서(140)로부터의 크랭크 포지션이나 엔진(22)의 냉각수의 온도를 검출하는 수온센서(142)로부터의 냉각수온, 연소실에 흡배기를 행하는 흡기밸브(128)나 배기밸브를 개폐하는 캠샤프트의 회전위 치를 검출하는 캠 포지션 센서(144)로부터의 캠 포지션, 스로틀밸브(124)의 포지션을 검출하는 스로틀밸브 포지션 센서(146)로부터의 스로틀 포지션, 흡기관에 설치된 에어플로우미터(148)로부터의 에어플로우미터신호(AF), 마찬가지로 흡기관에 설치된 온도센서(149)로부터의 흡기온, 공연비센서(135a)로부터의 공연비(AF), 산소센서(135b)로부터의 산소신호 등이 입력 포트를 거쳐 입력되어 있다. 또, 엔진 ECU(24)로부터는, 엔진(22)을 구동하기 위한 여러가지의 제어신호, 예를 들면 연료분사밸브(126)에의 구동신호나, 스로틀밸브(124)의 포지션을 조절하는 스로틀모터(136)에 대한 구동신호, 이그나이터와 일체화된 이그니션 코일(138)에 대한 제어신호, 흡기밸브(128)의 개폐 타이밍이 변경 가능한 가변 밸브 타이밍기구(150)에 대한 제어신호 등이 출력 포트를 거쳐 출력되어 있다. 또한, 엔진 ECU(24)는, 하이브리드용 전자제어유닛(70)과 통신하고 있고, 하이브리드용 전자제어유닛(70)으로부터의 제어신호에 의해 엔진(22)을 운전 제어함과 동시에 필요에 따라 엔진(22)의 운전상태에 관한 데이터를 출력한다.
동력분배 통합기구(30)는, 외부 톱니 기어의 선기어(31)와, 이 선기어(31)와 동심원상에 배치된 내부 톱니 기어의 링기어(32)와, 선기어(31)에 맞물림과 동시에 링기어(32)에 맞물리는 복수의 피니언기어(33)와, 복수의 피니언기어(33)를 자전 및 공전 자유롭게 유지하는 캐리어(34)를 구비하고, 선기어(31)와 링기어(32)와 캐리어(34)를 회전요소로 하여 차동작용을 행하는 유성기어기구로서 구성되어 있다. 동력분배 통합기구(30)는, 캐리어(34)에는 엔진(22)의 크랭크샤프트(26)가, 선기어(31)에는 모터(MG1)가, 링기어(32)에는 링기어축(32a)을 거쳐 감속기어(35)가 각 각 연결되어 있고, 모터(MG1)가 발전기로서 기능할 때에는 캐리어(34)로부터 입력되는 엔진(22)으로부터의 동력을 선기어(31)측과 링기어(32)측에 그 기어비에 따라 분배하고, 모터(MG1)가 전동기로서 기능할 때에는 캐리어(34)로부터 입력되는 엔진(22)으로부터의 동력과 선기어(31)로부터 입력되는 모터(MG1)로부터의 동력을 통합하여 링기어(32)측에 출력한다. 링기어(32)에 출력된 동력은, 링기어축(32a)에서 기어기구(60) 및 차동 기어(62;differential gear)를 거쳐, 최종적으로는 차량의 구동륜(63a, 63b)에 출력된다.
모터(MG1) 및 모터(MG2)는, 어느 것이나 발전기로서 구동할 수 있음과 동시에 전동기로서 구동할 수 있는 주지의 동기 발전 전동기로서 구성되어 있고, 인버터(41, 42)를 거쳐 배터리(50)와 전력의 주고 받음을 행한다. 인버터(41, 42)와 배터리(50)를 접속하는 전력 라인(54)은, 각 인버터(41, 42)가 공용하는 양극 모선 및 음극 모선으로서 구성되어 있고, 모터(MG1, MG2) 중 어느 하나에서 발전되는 전력을 다른 모터에서 소비할 수 있도록 되어 있다. 따라서 배터리(50)는, 모터(MG1, MG2) 중 어느 하나에서 생긴 전력이나 부족되는 전력에 의해 충방전되게 된다. 또한, 모터(MG1, MG2)에 의해 전력수지의 밸런스를 취하는 것으로 하면, 배터리(50)는 충방전되지 않는다. 모터(MG1, MG2)는, 어느 것이나 모터용 전자제어유닛(이하, 모터 ECU라 함)(40)에 의해 구동 제어되고 있다. 모터 ECU(40)에는, 모터(MG1, MG2)를 구동 제어하기 위하여 필요한 신호, 예를 들면 모터(MG1, MG2)의 회전자의 회전위치를 검출하는 회전위치 검출센서(43, 44)로부터의 신호나 도시 생략한 전류센서에 의해 검출되는 모터(MC1, MG2)에 인가되는 상전류 등이 입력되어 있고, 모터 ECU(40)로부터는, 인버터(41, 42)에 대한 스위칭제어신호가 출력되고 있다. 모터 ECU(40)는, 하이브리드용 전자제어유닛(70)과 통신하고 있고, 하이브리드용 전자제어유닛(70)으로부터의 제어신호에 의해 모터(MG1, MG2)를 구동 제어함과 동시에 필요에 따라 모터(MG1, MG2)의 운전상태에 관한 데이터를 하이브리드용 전자제어유닛(70)에 출력한다.
배터리(50)는, 배터리용 전자제어유닛(이하, 배터리 ECU라 함)(52)에 의하여 관리되고 있다. 배터리 ECU(52)에는, 배터리(50)를 관리하는 데 필요한 신호, 예를 들면, 배터리(50)의 단자 사이에 설치된 도시 생략한 전압센서로부터의 단자간 전압, 배터리(50)의 출력단자에 접속된 전력라인(54)에 설치된 도시 생략한 전류센서로부터의 충방전 전류, 배터리(50)에 설치된 온도센서(51)로부터의 전지온도(Tb) 등이 입력되어 있고, 필요에 따라 배터리(50)의 상태에 관한 데이터를 통신에 의해 하이브리드용 전자제어유닛(70)에 출력한다. 또한, 배터리 ECU(52)에서는, 배터리(50)를 관리하기 위하여 전류센서에 의해 검출된 충방전 전류의 적산값에 의거하여 잔용량(SOC)도 연산하고 있다.
하이브리드용 전자제어유닛(70)은, CPU(72)를 중심으로 하는 마이크로프로세서로서 구성되어 있고, CPU(72) 외에 처리 프로그램을 기억하는 ROM(74)과, 데이터를 일시적으로 기억하는 RAM(76)과, 도시 생략한 입출력 포트 및 통신 포트를 구비한다. 하이브리드용 전자제어유닛(70)에는 이그니션 스위치(80)로부터의 이그니션 신호, 시프트 레버(81)의 조작위치를 검출하는 시프트 포지션 센서(82)로부터의 시프트 포지션(SP), 액셀러레이터 페달(83)의 밟음량을 검출하는 액셀러레이터 페달 포지션 센서(84)로부터의 액셀러레이터 개도(Acc), 브레이크 페달(85)의 밟음량을 검출하는 브레이크 페달 포지션 센서(86)로부터의 브레이크 페달 포지션(BP), 차속센서(88)로부터의 차속(V) 등이 입력 포트를 거쳐 입력되어 있다. 하이브리드용 전자제어유닛(70)은, 상기한 바와 같이, 엔진 ECU(24)나 모터 ECU(40), 배터리 ECU(52)와 통신 포트를 거쳐 접속되어 있고, 엔진 ECU(24)나 모터 ECU(40), 배터리 ECU(52)와 각종 제어신호나 데이터의 주고 받음을 행하고 있다.
이와 같이 하여 구성된 실시예의 하이브리드자동차(20)는, 운전자에 의한 액셀러레이터 페달(83)의 밟음량에 대응하는 액셀러레이터 개도(Acc)와 차속(V)에 의거하여 구동축으로서의 링기어축(32a)에 출력해야 할 요구 토오크를 계산하고, 이 요구 토오크에 대응하는 요구 동력이 링기어축(32a)에 출력되도록, 엔진(22)과 모터(MG1)와 모터(MG2)가 운전 제어된다. 엔진(22)과 모터(MG1)와 모터(MG2)의 운전제어로서는, 요구 동력에 적합한 동력이 엔진(22)으로부터 출력되도록 엔진(22)을 운전 제어함과 동시에 엔진(22)으로부터 출력되는 동력의 모두가 동력 분배 통합기구(30)와 모터(MC1)와 모터(MG2)에 의하여 토오크 변환되어 링기어축(32a)에 출력되도록 모터(MG1) 및 모터(MG2)를 구동 제어하는 토오크 변환 운전모드나 요구동력과 배터리(50)의 충방전에 필요한 전력과의 합에 적합한 동력이 엔진(22)으로부터 출력되도록 엔진(22)을 운전 제어함과 동시에 배터리(50)의 충방전을 동반하여 엔진(22)으로부터 출력되는 동력의 전부 또는 그 일부가 동력 분배 통합기구(30)와 모터(MG1)와 모터(MG2)에 의한 토오크 변환을 동반하여 요구동력이 링기어축(32a)에 출력되도록 모터(MG1) 및 모터(MG2)를 구동 제어하는 충방전 운전모드, 엔 진(22)의 운전을 정지하고 모터(MG2)로부터의 요구동력에 적합한 동력을 링기어축(32a)에 출력하도록 운전 제어하는 모터 운전모드 등이 있다.
다음에, 이와 같이 하여 구성된 실시예의 하이브리드자동차(20)에 탑재된 엔진(22) 중 어느 기통이 실화되어 있는지의 여부를 판정할 때의 동작에 대하여 설명한다. 도 3은, 엔진 ECU(24)에 의해 실행되는 실화 판정처리 루틴의 일례를 나타내는 플로우차트이다. 이 루틴는, 기설정된 시간마다 반복하여 실행된다.
실화 판정처리가 실행되면, 엔진 ECU(24)의 CPU(24a)는, 먼저, 모터(MG1)에의한 댐퍼(28)의 후단측의 회전변동을 억제하는 제진 제어에서의 토오크 맥동의 진폭(P) 및 위상(θ), 크랭크 포지션 센서(140)로부터의 크랭크각(CA), 도 4에 예시하는 T30 연산처리에 의해 연산되는 크랭크각(CA)이 30도 회전하는 데 필요한 시간 인 30도 소요시간(T30) 등, 실화 판정에 필요한 데이터를 입력하는 처리를 실행한다(단계 S100). 모터(MG1)는 모터 ECU(40)에 의하여 엔진(22)의 회전수(Ne)를 조정하기 위한 토오크와 댐퍼(28)의 후단측의 회전변동을 억제하기 위하여 댐퍼(28)의 후단의 회전변동에 대하여 역위상이 되는 회전변동을 상쇄하는 토오크와의 합으로서의 토오크가 출력되기 때문에, 모터(MG1)에 의한 제진 제어에서의 토오크 맥동의 진폭(P) 및 위상(θ)은, 모터 ECU(40)에 의한 모터(MG1)의 토오크 지령(Tm1*)의 변동으로부터 얻을 수 있다. 30도 소요시간(T30)은, 엔진 ECU(24)에 의해 실행되는 도 4에 예시하는 T30 연산처리, 즉, 기준이 되는 크랭크각으로부터 30도마다의 크랭크각(CA)을 입력하고(단계 S200), 크랭크샤프트(26)를 30도 회전하는 데 필요한 시간에 의하여 나눔으로써 30도 회전수(N30)를 계산하고(단계 S210), 계산한 30 도 회전수(N30)의 역수를 취함으로써(단계 S220), 얻을 수 있다.
이와 같이 하여 데이터를 입력하면, 모터(MG1)의 출력 토오크의 크랭크샤프트(26)의 회전변동에 미치는 영향의 주파수 특성과 입력한 모터(MG1)에 의한 제진 제어에서의 토오크 맥동의 진폭(P) 및 위상(θ)을 이용하여 회전변동의 30도 회전수(N30) 베이스의 영향성분(N30m)을 계산한다(단계 S110). 실시예의 하이브리드자동차(20)에서의 모터(MG1)의 출력 토오크의 크랭크샤프트(26)의 회전변동에 미치는 영향의 주파수 특성의 보드선도의 일례를 도 5에 나타낸다. 실시예에서는, 모터(MG1)보다 후단의 영향을 무시한 도 6에 나타내는 역학 모델을 이용하여 주파수 특성을 연산하였다. 도 6에서,「Ie」는 엔진(22)의 이너시아,「Kdamp」은 댐퍼(28)의 스프링 정수,「Cdamp」는 댐퍼(28)의 감쇠 계수,「Iinp」는 동력 분배 통합기구(30)의 입력축[댐퍼(28)와의 사이의 샤프트]의 이너시아, 「Img1」은 모터(MG1)의 이너시아이다. 이것을 이용하여 2 관성계에 대하여 운동방정식을 세우면, 다음 수학식 (1), (2)가 된다. 수학식 (1), (2)에서,「ωe」는 크랭크샤프트(26)의 회전각속도,「ωinp」는 동력분배 통합기구(30)의 입력축의 회전각속도,「θe」는 크랭크샤프트(26)의 단위 길이당의 비틀림각,「θinp」는 동력 분배 통합기구(30)의 입력축의 단위 길이당의 비틀림각,「Te」는 엔진 토오크,「Tmg1」은 모터(MG1)의 출력 토오크,「ωe」 및 「ωinp」 상의 도트는「ωe」및「ωinp」를 1회 미분하고 있는 것을 나타낸다. 지금, 모터(MG1)의 토오크에 대한 크랭크샤프트(26)에 대한 영향을 생각하고 있기 때문에, 엔진 토오크(Te)를 값 0이라 하면, 수학식 (3)이 된다. 여기서, 수학식 (3)의 좌변 좌측의 매트릭스를「P」, 우변 제 1항의 좌측의 매트릭스를「A」, 우변 제2항의 좌측의 매트릭스를「B」, 우변 제1항의 우측의 매트릭스를「x」, 모터(MG1)의 출력 토오크(Tmg1)를 「u」라 하면, 수학식 (3)과 수학식 (4)로서 나타내진다. 크랭크샤프트(26)의 회전각속도(ωe)는「x」를 이용하여 나타내면 수학식 (5)의 좌측 절반이 되고, 이 수학식 (5)의 좌측 절반의 우변의 좌측의 매트릭스를「C」라 하면, 수학식 (5)의 가장 우변이 된다. 이 관계를 이용하여 수학식 (4)를 풀면, 모터(MG1)의 출력 토오크(Tmg1)가 크랭크샤프트(26)의 회전각속도(ωe)에 미치는 영향의 전달함수[G(s)]로서 수학식 (6)을 유도할 수 있다. 실시예에서는, 이와 같은 계산에 의해 전달함수[G(s)]를 구하고, 이것으로부터 주파수 특성을 구하고 있다. 그리고, 이 주파수 특성과 모터(MG1)에 의한 제진 제어에서의 토오크 맥동의 진폭(P) 및 위상(θ)으로부터, 모터(MC1)의 출력 토오크(Tmg1)가 크랭크샤프트(26)의 회전각속도(ωe)에 미치는 영향성분을 30도마다의 회전변동[영향성분(N30m)]으로서 구한다.
Figure 112008077272849-PCT00001
Figure 112008077272849-PCT00002
Figure 112008077272849-PCT00003
Figure 112008077272849-PCT00004
Figure 112008077272849-PCT00005
Figure 112008077272849-PCT00006
계속해서, 구한 영향성분(N30m)의 역수를 취하여 30도소요시간(T30) 베이스의 영향성분(T30m)을 계산하고(단계 S120), 입력한 30도 소요시간(T30)으로부터 영향성분(T30m)을 줄여 판정용 소요시간(T30j)을 계산한다(단계 S130). 이 판정용 소요시간(T3oj)은, 모터(MG1)에 의한 제진 제어의 영향을 제거한 것, 즉 댐퍼(28)에 의해 공진하고 있을 때에는 이 댐퍼(28)에 의한 공진의 영향을 제거한 것이 된다. 그리고, 판정용 소요시간(T30j)이 문턱값(Tref)보다 큰지의 여부를 판정하여 (단계 S140), 판정용 소요시간(T30j)이 문턱값(Tref)보다 클 때에는, 실화되어 있다고 판정하여 입력한 크랭크각(CA)에 의거하여 실화되어 있는 기통을 특정하고 (단계 S150), 실화 판정처리를 종료한다. 여기서, 문턱값(Tref)은, 판정용 소요시간(T30j)의 기준이 되는 크랭크각(CA)에서 연소 행정이 되는 기통이 실화되어 있지 않을 때의 판정용 소요시간(T30j)보다 크고, 그 기통이 실화되어 있을 때의 판정용 소요시간(T30j)보다 작은 값으로서 설정되어 있어, 실험 등에 의해 구할 수 있다. 실화되어 있는 기통은, 문턱값(Trcf)을 넘은 판정용 소요시간(T3oj)의 기준이 되는 크랭크각(CA)에서 연소 행정이 되는 기통으로서 특정할 수 있다.
이상 설명한 실시예의 하이브리드자동차(20)가 탑재하는 내연기관장치에 의하면, 모터(MG1)에 의한 제진 제어의 영향을 제거한 판정용 소요시간(T30j)을 사용하여 실화 판정하기 때문에, 비틀림 요소로서의 댐퍼(28)를 거쳐 후단에 동력을 출력하는 엔진(22)의 실화를 더욱 확실하고 정밀도 좋게 판정할 수 있다. 따라서, 댐퍼(28)에 의한 공진이 생겨도 엔진(22)의 실화를 더욱 확실하고 정밀도 좋게 판정할 수 있다.
실시예의 하이브리드자동차(20)가 탑재하는 내연기관장치에서는, 모터(MG1)보다 후단의 영향을 무시한 역학 모델을 이용하여 모터(MC1)의 출력 토오크의 크랭크샤프트(26)의 회전변동에 미치는 영향의 주파수 특성을 연산하였으나, 모터(MG1)보다 후단의 영향도 고려한 역학 모델을 이용하여 주파수 특성을 연산하는 것으로 하여도 된다.
실시예의 하이브리드자동차(20)가 탑재하는 내연기관장치에서는, 30도마다의 크랭크샤프트(26)가 30도 회전하는 데 필요한 시간으로서의 30도 소요시간(T30)을 이용하여 엔진(22)의 실화를 판정하는 것으로 하였으나, 5도마다의 크랭크샤프트(26)가 5도 회전하는 데 필요한 시간으로서 5도 소요시간(T5)과, 10도마다의 크랭크샤프트(26)가 10도 회전하는 데 필요한 시간으로서 10도 소요시간(T10) 등, 여러가지 소요시간을 이용하여 엔진(22)의 실화를 판정하는 것으로 하여도 상관없다.
실시예의 하이브리드자동차(20)가 탑재하는 내연기관장치에서는, 역학 모델을 이용하여 계산한 30도 소요시간(T30) 베이스의 영향성분(T30m)을 30도 소요시간 (T30)으로부터 줄여 판정용 소요시간(T30j)을 계산함과 동시에 계산한 판정용 소요시간(T30j)에 의해 엔진(22)의 실화를 판정하는 것으로 하였으나, 역학 모델을 이용하지 않고 구한 30도 소요시간(T30) 베이스의 영향성분을 30도 소요시간(T30)으로부터 줄여 판정용 소요시간을 계산함과 동시에 계산한 판정용 소요시간에 의해 엔진(22)의 실화를 판정하거나 하여도 된다. 역학 모델을 이용하지 않고 30도 소요시간(T30) 베이스의 영향성분을 구하는 방법으로서는, 예를 들면 모터(MG1)에 의한 제진 제어에 있어서의 토오크 맥동의 진폭(P) 및 위상(θ)에 대한 크랭크샤프트(26)의 회전변동에 미치는 30도 소요시간(T30) 베이스의 영향을 실험 등에 의해 미리 구하여 맵으로서 ROM(24b)에 기억하여 두고, 진폭(P) 및 위상(θ)이 주어지면 맵으로부터 대응하는 30도 소요시간(T30) 베이스의 영향성분을 도출하는 것 등을 들 수 있다.
실시예의 하이브리드자동차(20)에서는, 엔진(22)의 크랭크샤프트(26)에 비틀림 요소로서의 댐퍼(28)를 거쳐 접속됨과 동시에 모터(MC1)의 회전축이나 구동축으로서의 링기어축(32a)에 접속되는 동력 분배 통합기구(30)와 링기어축(32a)에 감속기어(35)를 거쳐 접속되는 모터(MG2)를 구비하는 장치에서의 엔진(22)의 실화를 판정하는 것으로 하였으나, 엔진의 크랭크샤프트가 비틀림 요소로서의 댐퍼를 거쳐 엔진의 회전수를 조정 가능한 모터 등에 접속되어 있는 것이면 되므로, 도 7의 변형예의 하이브리드자동차(120)에 예시하는 바와 같이, 모터(MC2)의 동력을 링기어축(32a)이 접속된 차축[구동륜(63a, 63b)이 접속된 차축]과는 다른 차축[도 7에서의 차륜(64a, 64b)에 접속된 차축]에 접속하는 것의 엔진(22)의 실화를 판정하는 것으로 하여도 되고, 도 8의 변형예의 하이브리드자동차(220)에 예시하는 바와 같이, 엔진(22)의 크랭크샤프트(26)에 댐퍼(28)를 거쳐 접속된 이너 로터(232)와 구동륜(63a, 63b)에 동력을 출력하는 구동축에 접속된 아웃터 로터(234)를 가지고, 엔진(22)의 동력의 일부를 구동축에 전달함과 동시에 나머지 동력을 전력으로 변환하는 쌍로터 전동기(230)를 구비하는 것의 엔진(22)의 실화를 판정하는 것으로 하여도 된다.
또, 이와 같은 하이브리드자동차에 탑재된 내연기관장치에 한정되는 것은 아니고, 자동차 이외의 이동체 등에 탑재된 내연기관이나 건설설비 등의 이동하지 않는 설비에 조립된 내연기관을 가지는 내연기관장치로 하여도 상관없다. 또, 내연기관의 실화 판정방법의 형태로 하여도 된다.
이상, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태에 대하여 실시예를 이용하여 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 실시예에 전혀 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 여러가지 형태로 실시할 수 있는 것은 물론이다.
본 발명은, 내연기관을 가지는 내연기관장치나 이것을 탑재하는 자동차의 제조산업 등에 이용 가능하다.

Claims (10)

  1. 비틀림 요소를 거쳐 구동축에 동력을 출력 가능한 복수 기통의 내연기관을 가지는 내연기관장치에 있어서,
    상기 내연기관의 출력축에 상기 비틀림 요소를 거쳐 접속됨과 동시에 상기 구동축에 접속되어 상기 내연기관의 회전수 및 회전변동을 조정 가능한 회전 조정수단과,
    상기 내연기관의 출력축의 회전위치를 검출하는 회전위치 검출수단과,
    상기 검출된 회전위치에 의거하여 상기 내연기관의 회전변동을 연산하는 회전변동 연산수단과,
    상기 회전 조정수단에 의한 상기 내연기관의 회전수 및 회전변동의 조정에 의하여 상기 내연기관의 회전변동에 미치는 영향성분을 연산하는 영향성분 연산수단과,
    상기 연산된 내연기관의 회전변동과 상기 연산된 영향성분에 의거하여 상기내연기관 중 어느 기통이 실화되어 있는지의 여부를 판정하는 실화 판정수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 영향성분 연산수단은, 상기 내연기관과 상기 비틀림 요소와 상기 회전 조정수단을 포함하는 역학 모델에 대한 운동방정식을 풀어 얻어지는 상기 회전 조 정수단의 토오크 출력에 대하여 상기 내연기관의 회전변동에 미치는 영향에서의 전달함수와 상기 회전 조정수단의 토오크 출력의 진폭과 위상에 의거하여 상기 영향성분을 연산하는 수단인 것을 특징으로 하는 내연기관장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 실화 판정수단은, 상기 연산된 내연기관의 회전변동으로부터 상기 연산된 영향성분을 줄여 얻어지는 회전변동인, 영향제거가 끝난 회전변동에 의거하여 실화를 판정하는 수단인 것을 특징으로 하는 내연기관장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 실화 판정수단은, 상기 영향제거가 끝난 회전변동의 역수가 문턱값 이상일 때에 실화되어 있다고 판정하는 수단인 것을 특징으로 하는 내연기관장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 회전 조정수단은, 전력과 동력의 입출력을 동반하여 상기 출력축과 상기 구동축에 동력을 입출력 가능한 수단인 것을 특징으로 하는 내연기관장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 회전 조정수단은, 상기 내연기관의 출력축과 상기 구동축과 회전축과의 3축에 접속되어 상기 3축 중 어느 2축에 입출력된 동력에 의거하여 나머지 축에 동 력을 입출력하는 3축식 동력 입출력수단과, 상기 회전축에 동력을 입출력 가능한 전동기를 구비하는 수단인 것을 특징으로 하는 내연기관장치.
  7. 복수 기통의 내연기관과, 상기 내연기관의 출력축에 비틀림 요소를 거쳐 접속됨과 동시에 구동축에 접속되어 상기 내연기관의 회전수 및 회전변동을 조정 가능한 회전 조정수단을 구비하는 내연기관장치에서의 상기 내연기관의 실화를 판정하는 실화 판정방법에 있어서,
    상기 내연기관의 출력축의 회전위치에 의거하여 상기 내연기관의 회전변동을 연산함과 동시에 상기 회전 조정수단에 의한 상기 내연기관의 회전수 및 회전변동의 조정에 의하여 상기 내연기관의 회전변동에 미치는 영향성분을 연산하고, 상기 연산한 내연기관의 회전변동으로부터 상기 연산한 영향성분을 줄여 얻어지는 회전변동에 의거하여 상기 내연기관 중 어느 기통이 실화되어 있는지의 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 실화 판정방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 내연기관과 상기 비틀림 요소와 상기 회전 조정수단을 포함하는 역학 모델에 대한 운동방정식을 풀어 얻어지는 상기 회전 조정수단의 토오크 출력에 대하여 상기 내연기관의 회전변동에 미치는 영향에서의 전달함수와 상기 회전 조정수단의 토오크 출력의 진폭과 위상에 의거하여 상기 영향성분을 연산하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 실화 판정방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 연산한 내연기관의 회전변동으로부터 상기 연산한 영향성분을 줄여 얻어지는 회전변동인, 영향제거가 끝난 회전변동에 의거하여 실화를 판정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 실화 판정방법.
  10. 차량에 있어서,
    비틀림 요소를 거쳐 차축에 연결된 구동축에 동력을 출력 가능한 복수 기통의 내연기관과,
    상기 내연기관의 출력축에 상기 비틀림 요소를 거쳐 접속됨과 동시에 상기 구동축에 접속되어 상기 내연기관의 회전수 및 회전변동을 조정 가능한 회전 조정수단과,
    상기 내연기관의 출력축의 회전위치를 검출하는 회전위치 검출수단과,
    상기 검출된 회전위치에 의거하여 상기 내연기관의 회전변동을 연산하는 회전변동 연산수단과,
    상기 회전 조정수단에 의한 상기 내연기관의 회전수 및 회전변동의 조정에 의하여 상기 내연기관의 회전변동에 미치는 영향성분을 연산하는 영향성분 연산수단과,
    상기 연산된 내연기관의 회전변동과 상기 연산된 영향성분에 의거하여 상기 내연기관 중 어느 기통이 실화되어 있는지의 여부를 판정하는 실화 판정수단을 구 비하는 것을 특징으로 하는 차량.
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