JP6424576B2 - 内燃機関の始動制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両駆動源として内燃機関とモータ・ジェネレータとを備えたハイブリッド車両における内燃機関の始動制御装置に関する。

車両駆動源として内燃機関とモータ・ジェネレータとを備えたハイブリッド車両においては、所定の停止条件ならびに再始動条件に従って、内燃機関の停止および始動が行われる。

特許文献１には、このようなハイブリッド車両において、内燃機関の始動の際に、モータ・ジェネレータを利用して機関回転速度を所定の回転速度（例えばアイドル回転速度相当の回転速度）まで上昇させてから、燃料噴射ならびに点火を開始し、燃焼を開始させるようにした始動制御が開示されている。

特開２００９−２１４７０４号公報

上記のように機関回転速度を所定の回転速度まで上昇させてから燃料噴射ならびに点火を開始するようにした始動制御においては、スタータモータによりクランキングを開始するのとほぼ同時に燃料噴射ならびに点火を開始する一般的な車両用内燃機関の始動制御に比較して、燃焼開始までのモータリングの期間が長い。特に、バッテリの劣化などによりモータ・ジェネレータのトルクが十分に得られないような状況では、所定の回転速度まで上昇するのに要する時間が長くなる。

このように内燃機関が長くモータリングされると、筒内の負圧が発達し、これによりいわゆる生ガスが多く発生して、排気通路先端から外部へ放出されてしまう。いわゆる生ガスとは、クランクケース内のオイルに溶け込んでいた燃料が蒸発した燃料成分、オイルそのものの揮発成分、燃料噴射弁の噴口から滲み出た燃料成分、吸気系に導入されたブローバイガスやキャニスタからのパージガス、排気系から吸気系に導入されたＥＧＲガス、排気管から燃焼室内に逆流したガス、等の未燃成分を含むガスあるいは不完全に燃焼した後に残るガス、の総称である。これらのガスは、モータリングに伴うポンプ作用によって外部へ排出されてしまうが、特に、モータリングにより負圧が発達すると、一部のガスは、その発生量が増加することになり、より好ましくない。

この発明は、車両駆動源として内燃機関とモータ・ジェネレータとを備え、内燃機関の始動要求時に、上記モータ・ジェネレータにより機関回転速度を所定の回転速度まで上昇させてから燃料噴射ならびに点火を開始する内燃機関の始動制御装置において、
上記モータ・ジェネレータによるモータリング中に排出された総ガス量を表すパラメータを求め、機関回転速度が所定の回転速度に達する前に上記パラメータが所定値に達したときに、燃料噴射ならびに点火を開始する、ことを特徴としている。

上記パラメータとしては、例えば、モータリングによる回転回数（換言すればサイクル数）、あるいは、１サイクル当たりの吸入空気量とモータリングによる回転回数とから算出した総ガス量、などを用いることができる。

上記の構成では、通常は、モータ・ジェネレータにより機関回転速度が所定の回転速度に達した段階で燃焼が開始されるが、機関回転速度が所定の回転速度に達する前に上記パラメータが所定値に達した場合には、その段階で燃料噴射ならびに点火を開始して燃焼を開始する。

この発明によれば、バッテリの劣化などによりモータ・ジェネレータによるモータリングによって機関回転速度が所定の回転速度まで上昇するのに長い時間が掛かるような場合には、所定の回転速度まで上昇するのを待たずに燃焼が開始される。従って、いわゆる生ガスの外部への放出が抑制される。特に、長時間のモータリングによる負圧の発達に伴う生ガスの生成そのものを抑制することができる。

この発明が適用されたハイブリッド車両の基本的構成を示す構成説明図。 内燃機関の構成説明図。 この発明の始動制御の第１実施例を示すフローチャート。 この発明の始動制御の第２実施例を示すフローチャート。 この発明の始動制御の第３実施例を示すフローチャート。 第２実施例の作用を示すタイムチャート。

図１は、この発明が適用されるハイブリッド車両の基本的構成を示す構成説明図である。このハイブリッド車両は、車両の駆動源として、内燃機関１とモータ・ジェネレータ２とを備えているとともに、変速機構としてベルト式無段変速機３を備えている。内燃機関１のクランクシャフト６とモータ・ジェネレータ２との間には、第１クラッチ４が介在し、モータ・ジェネレータ２と無段変速機３の入力軸７との間には、第２クラッチ５が介在している。無段変速機３の出力軸８は、終減速機構９を介して駆動輪１０に接続されている。

内燃機関１は、例えば筒内直接噴射式の火花点火ガソリン機関からなり、エンジンコントローラ１２からの制御指令に基づいて、始動制御ならびに停止制御が行われるとともに、スロットルバルブ１３（図２参照）の開度が制御され、かつ燃料カット制御等が行われる。

上記内燃機関１とモータ・ジェネレータ２のロータとの間に設けられる第１クラッチ４は、選択された走行モードに応じて、内燃機関１をモータ・ジェネレータ２に結合し、あるいは、内燃機関１をモータ・ジェネレータ２から切り離すものであり、内燃機関１の始動の際には、第１クラッチ４を結合状態としてモータ・ジェネレータ２を駆動することにより、内燃機関１のモータリングが行われる。

モータ・ジェネレータ２は、例えば三相交流の同期型モータ・ジェネレータからなり、走行用バッテリ１４にインバータ１５を介して接続されている。モータ・ジェネレータ２は、モータコントローラ１６からの制御指令に基づき、正のトルクを出力するモータ動作（いわゆる力行）と、トルクを吸収して発電し、走行用バッテリ１４の充電を行う回生動作と、の双方を行う。

モータ・ジェネレータ２と無段変速機３との間に設けられる第２クラッチ５は、内燃機関１およびモータ・ジェネレータ２を含む車両駆動源と駆動輪１０との間での動力の伝達および切り離しを行うものであり、ＣＶＴコントローラ１７からの制御指令に基づき油圧を介して、締結／解放が制御される。

ベルト式無段変速機３は、入力側のプライマリプーリと、出力側のセカンダリプーリと、両者間に巻き掛けられた金属製のベルトと、を有し、ＣＶＴコントローラ１７からの制御指令に基づき図外の油圧ユニットにより生成されるプライマリ油圧とセカンダリ油圧とによって、各プーリのベルト接触半径ひいては変速比が連続的に制御される。

上記ハイブリッド車両の制御システムは、上述したエンジンコントローラ１２、モータコントローラ１６、ＣＶＴコントローラ１７、のほか、車両全体の統合制御を行う統合コントローラ１８を備えており、これらの各コントローラ１２，１６，１７，１８は、情報交換が互いに可能なＣＡＮ通信線１９を介して接続されている。また、運転者に操作されるアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ２１、内燃機関１の回転速度を検出するクランク角センサ２２、内燃機関１の吸入空気量を検出するエアフロメータ２３、内燃機関１の水温を検出する水温センサ２４、内燃機関１の吸気温度を検出する吸気温度センサ２５、内燃機関１のコレクタ圧力を検出するコレクタ圧力センサ２６、車速を検出する車速センサ２７、モータ・ジェネレータ２の回転速度を検出するモータ回転数センサ２８、等の種々のセンサ類を備えており、これらセンサの検出信号が、統合コントローラ１８等の各コントローラに個々にあるいはＣＡＮ通信線１９を介して入力されている。

上記のように構成されたハイブリッド車両は、電気自動車走行モード（ＥＶモード）と、ハイブリッド走行モード（ＨＥＶモード）と、駆動トルクコントロール発進モード（ＷＳＣモード）等の走行モードを有し、車両の運転状態や運転者のアクセル操作等に応じて最適な走行モードが選択される。そして、これらのモードの切換に応じて、内燃機関１の自動停止および自動再始動が行われる。

図２は、内燃機関１の構成を概略的に示した説明図であり、燃焼室３１の天井壁面に、一対の吸気弁３２および一対の排気弁３３が配置されているとともに、これらの吸気弁３２および排気弁３３に囲まれた中央部に点火プラグ３４が配置されている。

上記吸気弁３２によって開閉される吸気ポート３５の下方には、燃焼室３１内に燃料を直接に噴射する燃料噴射弁３６が配置されている。そして、上記吸気ポート３５に接続された吸気通路３７のコレクタ部３８上流側には、エンジンコントローラ１２からの制御信号によって開度が制御される電子制御型スロットルバルブ１３が介装されており、その上流側に、吸入空気量を検出するエアフロメータ２３が配設されている。また、上記コレクタ部３８には、クランクケース内から掃気されたブローバイガスや図外のキャニスタからのパージガスあるいは排気系からのＥＧＲガス等のガスが導入されるガス導入口３９が接続されている。なお、このガス導入口３９は、実際には、各々のガスに対応して個々に設けられている。前述した吸気温度センサ２５およびコレクタ圧力センサ２６は、例えばコレクタ部３８に配置されている。

排気弁３３によって開閉される排気ポート４０には、排気通路４１が接続されており、この排気通路４１には、図外の三元触媒からなる触媒装置が設けられている。

次に、図３は、上記エンジンコントローラ１２において実行される内燃機関１の始動制御の第１実施例（厳密には請求項に含まれない参考例である）を示すフローチャートである。なお、本実施例では、車両のキーＯＮ後の初回の始動および運転中の自動再始動の双方が、このフローチャートに従って処理される。ステップ１では、統合コントローラ１８から内燃機関１の始動要求を受けたか否かを繰り返し判定する。始動要求があれば、ステップ２へ進み、第１クラッチ４を結合状態としてモータ・ジェネレータ２を駆動することにより、内燃機関１のモータリングを行う。

ステップ３では、内燃機関１のモータリングの開始から所定時間以上経過したか否かを判定する。所定時間が経過するまではステップ３からステップ４へ進み、モータリングによって内燃機関１の回転速度が目標回転速度まで上昇したか否かを判定する。この目標回転速度は、例えばアイドル回転速度相当の値であり、固定値であってもよく、あるいはそのときの車両運転条件に応じて可変的に設定する値であってもよい。この目標回転速度に達するまでは、ステップ３に戻り、モータリングを継続する。

目標回転速度に達したら、さらに、ステップ５においてコレクタ圧力が目標負圧に達したか否かを判定し、ステップ６において吸入空気量が目標空気量に達したか否かを判定する。なお、本実施例では、これらのステップ５，６の判定が、ステップ４の回転速度判定に加重条件として加えられているが、これらのステップ５，６は本発明において必ずしも必須のものではない。

ステップ４，５，６の条件を満たしたら、ステップ７，８へ進み、燃料噴射を開始するとともに点火を開始する。これによって、内燃機関１の燃焼が開始され、始動が完了する。なお、モータ・ジェネレータ２は、内燃機関１の始動完了に伴い、例えばＨＥＶモードにおける通常のトルク制御に移行する。

一方、ステップ４，５，６の条件が成立する前にモータリング開始から所定時間が経過したら、ステップ３からステップ７，８へ進み、同様に燃料噴射ならびに点火を開始する。つまり、走行用バッテリ１４の劣化などの何らかの事情によりステップ４，５，６の条件の成立が遅れた場合には、これらの条件の成立を待たずに燃焼が開始される。従って、長時間のモータリングにより多量の生ガスが排気系から外部へ流れ出るようなことがない。

図２において、内燃機関１の始動の際には、基本的にスロットルバルブ１３の開度が最小開度となっており、モータリングによって燃焼室３１内の負圧が発達する。そのため、クランクケース内のガスがピストンリングの隙間を通して燃焼室３１内に進入しやすくなるとともに、燃料噴射弁３６の噴口に残存していた燃料が気化し、かつコレクタ部３８に導入されたブローバイガス等のガスが燃焼室３１内に流動する。つまり、負圧の発達により、生ガスの生成量が増大する。そして、モータリングに伴うポンプ作用により、これらの生ガスが排気通路４１側に押し出されてしまう。上記実施例では、走行用バッテリ１４の劣化などにより回転速度上昇が遅れたような場合でも、所定時間経過した時点で燃焼が開始するので、過度に生ガスが外部へ放出されることがない。

次に、図４は、本発明の始動制御の第２実施例を示すフローチャートである。この第２実施例は、図２に示した第１実施例におけるステップ３の処理に代えて、ステップ３Ａの処理を行うようにしたものであり、他のステップは、第１実施例のものと特に変わりがない。

すなわち、この第２実施例においては、ステップ３Ａとして、モータリング開始からのクランクシャフト６の回転回数が所定数以上となったか否かを判定し、回転回数が所定回数に達した段階でステップ７，８へ進む。従って、走行用バッテリ１４の劣化などによりステップ４，５，６の条件成立が遅れたような場合に、クランクシャフト６が所定回数回転した段階で燃焼が開始され、過度の生ガスの放出が回避される。内燃機関１の吸気系から燃焼室３１を通って排気系へ流れるガス量は、基本的にクランクシャフト６の回転回数（換言すればサイクル数）に相関するので、過度の生ガスの放出を確実に回避できる。

次に、図５は、本発明の始動制御の第３実施例を示すフローチャートである。この第３実施例は、図２に示した第１実施例におけるステップ３の処理に代えて、ステップ３Ｂの処理を行うようにしたものであり、他のステップは、第１実施例のものと特に変わりがない。

すなわち、この第３実施例においては、ステップ３Ｂとして、モータリング開始時点からの燃焼室３１を通過した総ガス量が所定量以上となったか否かを判定し、総ガス量が所定量に達した段階でステップ７，８へ進む。モータリング中に流れた総ガス量は、１サイクル当たりの吸入空気量とモータリングによるクランクシャフト６の回転回数（換言すればサイクル数）とから求めることが可能である。１サイクル当たりの吸入空気量は、エアフロメータ２３が検出した流量から算出してもよく、あるいは、吸気弁３２の閉時期における幾何学的な筒内容積を１サイクル当たりの吸入空気量とみなしてもよい。また、吸気弁閉時期における吸気の圧力や温度（代替としてコレクタ部３８におけるコレクタ圧力および吸気温度を用いることができる）を用いて、吸気弁閉時期における幾何学的な筒内容積に補正を加えるようにしてもよい。

従って、この実施例では、走行用バッテリ１４の劣化などによりステップ４，５，６の条件成立が遅れた場合にも、排気通路４１から放出される生ガスの最大量が所定範囲内に確実に制限される。

図６は、一例として上記第２実施例の作用を説明するためのタイムチャートである。時間ｔ１において内燃機関１の始動要求が出力され、モータ・ジェネレータ２を用いたモータリングが開始される。これにより、内燃機関１の回転速度が上昇していき、かつコレクタ圧力（筒内圧力）が低下していく。ここで、「比較例」として示す破線は、走行用バッテリ１４の劣化などがなく本来の回転速度の上昇が得られた場合の特性を示しており、この場合は、時間ｔ１においてモータリングを開始した後、時間ｔ２において所定の目標回転速度まで回転速度が上昇し、燃料噴射および点火が開始される。従って、時間ｔ１からｔ２の間で生ガスが流出する。

これに対し、走行用バッテリ１４が劣化している場合、実線で示すように回転速度の上昇が緩慢となり、時間ｔ２においては目標回転速度には到達しない。仮にそのままモータリングを継続したとすると、仮想線ａで示すように、時間ｔ３において目標回転速度に到達する。従って、時間ｔ１からｔ３までの長い期間で生ガスが放出され続け、しかも前述したように燃焼室３１内の負圧発達により生ガスの生成が促進されてしまう。

このような場合に、第２実施例においては、モータリング開始からクランクシャフト６が所定回数回転した段階、例えば時間ｔ４の時点において、燃料噴射ならびに点火が開始され、燃焼が行われる。そのため、過度に長く生ガスが放出されることがない。

なお、他の第１実施例および第３実施例においても、図５のタイムチャートと同様の作用となる。

以上、この発明を筒内直接噴射式内燃機関に適用した実施例を説明したが、この発明は筒内直接噴射式内燃機関に限らず、吸気ポートに燃料噴射弁を設けたポート噴射式内燃機関においても同様に適用することができる。

１…内燃機関
２…モータ・ジェネレータ
４…第１クラッチ
１２…エンジンコントローラ

Claims (4)

1. 車両駆動源として内燃機関とモータ・ジェネレータとを備え、内燃機関の始動要求時に、上記モータ・ジェネレータにより機関回転速度を所定の回転速度まで上昇させてから燃料噴射ならびに点火を開始する内燃機関の始動制御装置において、
   上記モータ・ジェネレータによるモータリング中に排出された総ガス量を表すパラメータとしてモータリングによる回転回数を求め、機関回転速度が所定の回転速度に達する前に上記回転回数が所定値に達したときに、燃料噴射ならびに点火を開始する、ことを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
2. 車両駆動源として内燃機関とモータ・ジェネレータとを備え、内燃機関の始動要求時に、上記モータ・ジェネレータにより機関回転速度を所定の回転速度まで上昇させてから燃料噴射ならびに点火を開始する内燃機関の始動制御装置において、
   上記モータ・ジェネレータによるモータリング中に排出された総ガス量を、１サイクル当たりの吸入空気量とモータリングによる回転回数とから求め、機関回転速度が所定の回転速度に達する前に上記総ガス量が所定値に達したときに、燃料噴射ならびに点火を開始する、ことを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
3. 吸気弁閉時期における筒内容積から１サイクル当たりの吸入空気量を求める、ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の始動制御装置。
4. 吸気弁閉時期における吸気の圧力および温度の少なくとも一方に基づいて１サイクル当たりの吸入空気量を補正する、ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の始動制御装置。

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