JP2006144725A

JP2006144725A - ハイブリッド車両の燃料噴射制御装置

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Publication number: JP2006144725A
Application number: JP2004338301A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Akasaka; 伸洋赤坂
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-11-24
Filing date: 2004-11-24
Publication date: 2006-06-08

Abstract

【課題】
筒内噴射式エンジンをハイブリッド車両に適用した場合、内燃機関の始動停止を頻繁に繰り返すため、ＨＣ排出量が多くなってしまうことが問題であった。
【解決手段】
筒内噴射式内燃機関の始動要求がなされたときに、該内燃機関が冷機始動時には、蓄圧室の圧力（燃圧）および吸気管負圧が所定値以上（絶対圧が所定値以下）となるまでは、エンジン始動を許可せず、所定値以上となったときは一定期間圧縮行程噴射を行い、始動時ＨＣを低減させる。また、圧縮行程噴射中の車両のトルク低下は、車両駆動用電動発電機で補正する。
【選択図】図８

Description

本発明は、筒内噴射式内燃機関と電動機を駆動源とするハイブリッド車両に関し、特に、前記内燃機関が始動するときの、燃料噴射制御に関するものである。

近年、エミッション低減や燃費向上の観点から、内燃機関と電動機を駆動源とするハイブリッド車両が知られている。ハイブリッド車両は、内燃機関の効率が低下する領域（例えば、車両停止時や低速走行時）では、内燃機関を自動的に停止させ、電動機のみの駆動力により走行することが可能である。

一方、燃費向上を主目的として、燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射式内燃機関
（筒内噴射式エンジン）が実用化されている。この筒内噴射式エンジンでは、吸気行程で燃料を噴射して燃焼室内に均一な混合気を形成する均質燃焼モードと、圧縮行程で燃料を噴射することで点火プラグの周囲に理論空燃比近傍の混合気を形成し全体として超リーンな空燃比を実現する成層燃焼モードの二つの燃焼モードを有しており、エンジン回転数やエンジン負荷等のエンジン運転状態に応じて、これらのエンジン燃焼モードが適宜切り換えられるようになっている。特に、低回転，低負荷領域では成層燃焼モードを行い、内燃機関のポンピングロスを低減できるため大幅な燃費向上が期待できる。また、筒内噴射式エンジンをアイドリングスリップ車に適用することにより、燃焼室に直接燃料を噴射できることを利点とした、迅速な再始動性能や、ハイブリッド車両制御に不可欠である内燃機関の始動時のトルク制御精度を向上することができる。このような筒内噴射式エンジンをハイブリッド車両に適用した例が開示されている（例えば、特許文献１）。本特許文献１によれば、内燃機関停止（アイドルストップ）中に、燃料噴射弁に供給する燃料圧力が所定値以下となったときは、圧縮行程の気筒および次に圧縮行程を迎える気筒に予め燃料を噴いておき、再始動性を高めている。

特開２００２−２８５８８３号公報

しかしながら、これらの筒内噴射式エンジンでは、燃焼室内に直接燃料を噴射するため、始動時、特に冷機始動時は、燃料の霧化が悪い、燃焼室壁面燃料付着量が多い、点火プラグの発火温度が低い等の理由から、排気性能（始動時ＨＣ）が著しく悪化してしまうといって問題点がある。またハイブリッド車両をはじめとするアイドルストップ車で、内燃機関の始動停止を頻繁に繰り返すため、ＨＣの排出量が必然的に多くなってしまうことが問題であった。

本発明は、上記事情に鑑み発明されたものであり、筒内噴射式エンジンをハイブリッド車両に適用し、ＨＣ排出量の低減，暖機時間の短縮を実現し、内燃機関の排気性能を向上させることを目的とする。

上記目的は、燃料蓄圧室内の燃料を燃焼室内に直接噴射するための燃料噴射弁と前記燃料蓄圧室内に燃料を圧送させる高圧燃料ポンプとを有する筒内噴射式内燃機関と、電動機とを駆動源とするハイブリッド車両において、
前記筒内噴射式内燃機関の始動要求がなされたときに、前記内燃機関が冷機始動モード要求であるかを判定する冷機始動モード要求判定手段と、前記判定手段により冷機始動モード要求と判定されたときに、前記内燃機関の燃料噴射開始タイミングを前記冷機始動モード要求以外の要求による場合と異なる設定にする手段と、を有したハイブリッド車両用の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置により達成される。

本発明のハイブリッド車両用の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置によれば、ハイブリッド車両の特徴を生かすことにより、従来の筒内噴射式エンジンにおける冷機始動時の課題であったＨＣ（ハイドロカーボン）排出量の低減を実現し、また、機関の暖機時間を短縮することができる。従って、ポート噴射エンジンに比べ高効率である筒内噴射式エンジンのハイブリッド車両に適用を実現する。

本発明は、例えばクラッチ手段によって動力伝達を接続，遮断することによって動力源を切り換える切り換えタイプや、遊星歯車などの合成分配機構によってエンジンおよび電動発電機の出力を合成したり、分配したりするミックスタイプ，電動発電機またはエンジンを補助的に使うアシストタイプなど、エンジンと電動発電機を車両走行時の動力源として備えている種々のタイプのハイブリッド車両に適用され得る。

エンジンと電動発電機とを動力源として備えているハイブリッド車両の運転モードには、例えば、電動発電機のみを動力源として走行する電気走行モード、エンジンのみを動力源として走行するエンジンモード，エンジン及び電動発電機の両方を動力源として走行するエンジン・電動発電機運転モード，エンジンを動力源として走行しながら電動発電機で発電する発電走行モード，動力源としては電動発電機のみを使用し、エンジンは発電のみに使用されるシリーズ発電モードなどが挙げられる。本発明では、これらの運転モードを識別する運転モード判定手段を、ハイブリッド車両の制御装置に備える。

次に、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態をなす、ハイブリッド車両システム１の構成図である。ハイブリッド車両システム１には、燃料の燃焼によってトルクを発生する筒内噴射式エンジン２，動力を伝達，遮断するクラッチ３、主に駆動に使用する第一の電動発電機４，発電やエンジンの始動等に使用する第二の電動発電機５，駆動輪８に連結する変速機構６，バッテリ７，アクセルペダル１６０，ハイブリッド車両制御装置９が搭載される。さらに、バッテリ温度センサ１７，車速センサ１８，運転者がブレーキを踏んだことを検出するブレーキスイッチ１９，シフトポジションセンサ２０，運転者が踏み込んだ前記アクセルペダル１６０の角度を検出するアクセルペダルセンサ２１，前記アクセルペダル１６０が全閉となる、すなわち前記アクセルペダル１６０を踏み込んでいないことを検出するアイドルスイッチ２２が搭載される。

前記筒内噴射式エンジン２は前記ハイブリッド車両制御装置９によってスロットル弁開度や燃料噴射量，点火時期などを制御することにより、運転状態に応じて出力が制御される。前記第一の電動発電機４、および前記第二の電動発電機５は前記ハイブリッド車両制御装置９によって電流を制御することにより、運転状態に応じて出力が制御される。前記ハイブリッド車両制御装置９は、エンジン制御装置１１，クラッチ制御装置１２，第一電動発電機制御装置１３，第二電動発電機制御装置１４，変速機構制御装置１５，バッテリ残量検出手段１６，総合制御装置１０を備え、前記ハイブリッド車両制御装置９は、あらかじめ定められたプログラムにしたがって信号処理を行う。

また、本発明は、図１のハイブリッド車両システム１のクラッチ３，変速機構６の換わりに、遊星歯車などの、動力分配機構１０５を用いた、図２に示すハイブリッド車両システム１に対しても適用できる。

図３に本発明の一実施形態をなす、ハイブリッド車両制御装置９のセンサ入力および操作量の入出力を示す。前記エンジン制御装置１１，前記クラッチ制御装置１２，前記第一電動発電機制御装置１３，前記第二電動発電機制御装置１４，前記変速機構制御装置１５は、図面の煩雑さを避けるため、前記総合制御装置１０の左右両方に表記してある。前記ハイブリッド車両制御装置９に備えられる前記エンジン制御装置１１には、クランク角センサ２４，エアフローセンサ２５，吸入空気温度センサ２６，スロットル弁開度センサ
２７，エンジン水温センサ２８の信号が入力され、スロットル弁開度４２，燃料噴射量
４３，点火時期４４によって前記エンジン２の出力を、運転状態に応じて制御する。前記ハイブリッド車両制御装置９に備えられる前記クラッチ制御装置１２には、クラッチ電流センサ，クラッチ温度センサの信号が入力され、クラッチ電流４７によって、動力の伝達，遮断を行う。前記第一電動発電機制御装置１３には、第一電動発電機回転数センサ２９，第一電動発電機電流センサ３０，第一電動発電機温度センサ３１の信号が入力され、第一電動発電機電流４５によって、前記第一電動発電機４の出力を運転状態に応じて制御する。前記第二電動発電機制御装置１４には、第二電動発電機回転数センサ３２，第二電動発電機電流センサ３３，第二電動発電機温度センサ３４の信号が入力され、第二電動発電機電流４６によって、第二電動発電機５の出力である、トルクもしくは回転数を運転状態に応じて制御する。前記変速機構制御装置１５には、変速機構入力軸回転数センサ３７，変速機構出力軸回転数センサ３８，変速機構油圧センサ３９の信号が入力され、変速機構油圧４８を制御することによって前記変速機構６の変速比を制御する。前記バッテリ残量検出手段１６には、バッテリ電流センサ４０，バッテリ電圧センサ４１，バッテリ温度センサ１７の信号が入力される。

前記総合制御装置１０は、アクセルペダルセンサ２１等から得られる運転者からの要求と、前記バッテリ残量検出手段１６により得られたバッテリ残量情報等から、車両に必要な駆動力および発電量を算出し、前記第二電動発電機５と前記筒内噴射式エンジン２の駆動力配分を決定する。そして、前記筒内噴射式エンジン２の駆動力が必要と判定されたときは、前記総合制御装置１０は、前記エンジン制御装置１１には、エンジン始動要求７０，エンジントルク指令値６９、を指令し、前記クラッチ制御装置１２には、クラッチ締結指令信号７５を指令し、前記第一電動発電機制御装置１３には、第一電動発電機トルク指令値７１を指令し、前記第二電動発電機制御装置１４には、第二電動発電機トルク指令値７２，第二電動発電機回転数指令値７３，第二電動発電機指令切り換え信号７４を指令し、前記変速機構制御装置１５には、変速機構入力軸回転数指令値７６を指令する。

次に本発明に係る筒内噴射式エンジン２について説明する。

図４は、本実施形態の筒内噴射式エンジン２制御システム全体構成を示したものである。筒内噴射式エンジン２は４気筒から（図示せず）なり、前述のように、総合制御装置
１０のエンジン始動要求７０に基づいて、前記第二電動発電機がエンジンのクランク軸
１０１ｄを回転させる。エンジン始動の詳細な方法は図５を用いて後述する。

各シリンダ１０１ｂに導入れる空気は、エアクリーナ１０２の入口部１０２ａから取り入れられ、空気流量計（エアフローセンサ）２５を通り、吸気流量を制御する電制スロットル弁１４０ａが収容されたスロットルボディ１４０を通ってコレクタ１０６に入る。前記コレクタ１０６に吸入された空気は、筒内噴射式エンジン２の各シリンダ１０１ｂに接続された各吸気管１０７に分配された後、ピストン１０１ａ、前記シリンダ１０１ｂ等によって形成される燃焼室１０１ｃに導かれる。また、前記エアフローセンサ２５からは、前記吸気流量を表す信号がエンジン制御装置１１に出力されている。さらに、前記スロットルボディ１４０には、電制スロットル弁１４０ａの開度を検出するスロットルセンサ
２７が取り付けられており、その信号もエンジン制御装置１１に出力されるようになっている。

一方、ガソリン等の燃料は、燃料タンク５０から燃料ポンプ５１により一次加圧されて燃圧レギュレータ５２により一定の圧力（例えば３kg／cm² ）に調圧されるとともに、後述する高圧燃料ポンプ３００でより高い圧力（例えば５０kg／cm² ）に２次加圧され、蓄圧室５３を介して各シリンダ１０１ｂに設けられている燃料噴射弁（燃料噴射弁）５４から燃焼室１０１ｃに噴射される。前記燃焼室１０１ｃに噴射された燃料は、点火コイル
１０８で高電圧化された点火信号により点火プラグ１０９で着火される。

筒内噴射式エンジン２のクランク軸１０１ｄに取り付けられたクランク角センサ２４は、クランク軸１０１ｄの回転位置を表す信号をエンジン制御装置１１に出力され、また、排気弁１２０のカム軸（図示省略）に取り付けられたカム角センサ１１７は、前記カム軸の回転位置を表す角度信号をエンジン制御装置１１に出力されるとともに、高圧燃料ポンプ３００のポンプ駆動カム１００の回転位置を表す角度信号をエンジン制御装置１１に出力する。尚、本実施例では、より一般的なシステムとしてカム駆動の高圧燃料ポンプを例としているが、本発明はこれに限定するものではない。特に、高電圧のバッテリを具備しているハイブリッド車両であれば、電動ポンプを用いても良い。特に電動ポンプを用いることで、前記蓄圧室５３内の圧力（燃料圧力）が、エンジン回転数の変化（カム軸の運動変化）に影響を受けないため本発明の効果もより高くなる。

排気管２０９には、排気ガス中の例えば酸素濃度をリニアに検出してその検出信号をエンジン制御装置１１に出力する空燃比センサ２０８，排気ガス浄化用触媒２１０等が設けられている。

次に、前記エンジン制御装置１１の構成とエンジン始動方法について図５を用いて説明する。前記エンジン制御装置１１の主要部は、ＭＰＵ２０３，ＥＰ−ＲＯＭ２０２，
ＲＡＭ２０４及びＡ／Ｄ変換器を含むＩ／ＯＬＳＩ２０１等で構成される。エンジン始動時は、総合制御装置１０からの指令である、エンジン始動要求７０とエンジントルク指令値に基づき、クランク軸１０１ｄに直結されている第２電動発電機（図示省略）が回転することで、エンジンが回転し、クランク角センサ２４，カム角センサ１１７，機関冷却水温度を測定する水温センサ２８，吸気管内の圧力を測定する吸気管内圧センサ１２９並びに燃圧センサ５６を含む各種のセンサ等からの信号を入力として取り込み、所定の演算処理を実行し、この演算結果として算定された各種の制御信号を出力し、アクチュエータである高圧ポンプソレノイド９０，前記各燃料噴射弁５４及び点火コイル１０８等に所定の制御信号を供給して、燃料吐出量制御，燃料噴射量制御，吸入空気量制御及び点火時期制御等を実行するものである。

次に、燃料噴射モードについて図６を用いて説明する。図６（Ａ）は圧縮行程噴射モードを示した図である。圧縮行程噴射モードでは、内燃機関が圧縮行程中すなわち吸気バルブ１２１および排気バルブ１２０が共に閉じている状態で燃料噴射を行うものである。一方、吸気行程噴射モードでは、内燃機関が吸気工程中すなわち前記吸気バルブ１２１が開きかつ排気バルブが閉じている状態で燃料噴射を行うものである。図６に示すように、吸気行程噴射では燃焼室全体に燃料が拡散するのに対し、圧縮行程噴射では燃焼室１０１ｃ内にできた縦渦流（タンブル流）が作用し、プラグ近傍にのみ燃料が集まる形態となっている。

ところで、筒内噴射エンジンでは、吸気管（ポート）噴射エンジンに比べて、冷機始動時には、霧化の悪い高沸点成分の燃料を燃焼室内に直接噴射することから、ピストンや燃焼室に付着する燃料（燃焼室内燃料付着量）が多くなり、ＨＣ排出量の増加につながる。従って、ＨＣ排出量を低減するには、できるだけ燃料の霧化を改善するか、ピストンや燃焼室に付着する燃料を削減することが、重要である。この問題に鑑み、図６で示したように、吸気行程噴射に比べ圧縮行程噴射では、プラグ近傍のみに燃料が集まることから、燃焼室燃料付着量が少ない。また、図１０に示すように、前記蓄圧室５３内圧力（燃圧）をあげることにより、燃焼室内燃料付着量が少なくなる。また、霧化は吸気管負圧が高い
（絶対圧が低い）程、高くなる。

以上を踏まえ、本発明における一実施の形態の実現方法を図７および図８のフローチャートを用いて説明する。

図７は、始動モードが冷機始動か通常始動かを判定する手段を示したルーチンである。ステップ７０１において前記総合制御装置１０からのエンジン始動要求があるか否かを判定する。エンジン始動要求がない場合、すなわちアイドルストップの状態と判定されたときには、エンジンを始動する必要がないので、このルーチンを終了する。ステップ７０１において、エンジン始動要求ありと判定されたときは、ステップ７０２に進み、前記エンジン制御装置１１内で、エンジン水温が所定値以上か否かを判定する。所定値より小さいときはステップ７０５に進み冷機始動モードと判定し、このルーチンを終了する。ステップ７０２でエンジン水温が所定値以上と判定されたときは、ステップ７０３に進み排気ガス浄化用触媒２１０が活性化しているか否かを判定する。ここで、触媒活性化判定中でないと判定された場合は、ステップ７０５に進み冷機始動モードと判定し、このルーチンを終了する。ステップ７０３にて、触媒活性化判定中と判定された場合は、ステップ７０４に進みこのルーチンを終了する。尚、ステップ７０３の判定手段は、詳細は説明しないが、触媒に温度センサをつけても良いし、触媒温度を推定する手段でも良い。また、本フローチャートでは特に図示しないが、ドライバからの要求トルクが大きいときは、通常始動モードと判定しても良い。

次に、燃料噴射モードの判定方法について、図８を用いて説明する。ステップ８０１において、図７のルーチンで判定された始動モード結果を基に、通常始動モードと判定された場合は、ステップ８０６に進み、吸気管負圧が通常始動許可負圧しきい値より高いか否かを判定する。通常始動許可負圧しきい値より低いと判定したときは、しきい値以上となるまで本ステップを繰り返し、しきい値以上となったときは、ステップ８０７に進み吸気行程噴射モードと判定し、吸気行程噴射を開始し、本ルーチンを終了する。尚、ステップ８０６において、通常始動許可負圧しきい値は、始動時の空燃比（トルク）が制御しやすいしきい値や、エンジントルク指令値に応じて変更できるしきい値、に設定すると良い。

次に、ステップ８０１において、冷機始動モードと判定された場合は、ステップ８０２に進み前記蓄圧室５３内の圧力（燃圧）が所定値（冷機始動許可燃圧しきい値）以上であるか否かを判定する。冷機始動許可燃圧しきい値に満たない場合は、しきい値以上となるまで本ステップを繰り返し、しきい値以上となったらステップ８０３に進む。冷機始動許可燃圧しきい値は、図１０で示すように、燃焼室内の燃料付着量は、前記蓄圧室５３内圧力（燃圧）が高くなるほど少なくなり、その付着量はある燃圧で飽和する特徴がある。そこで本発明における、冷機始動許可燃圧しきい値は、大きく取りすぎると始動時間の遅れが懸念されるため、飽和し始める燃圧とすることを特徴とする。

次に、ステップ８０２にて燃圧が冷機始動許可燃圧しきい値以上となった場合は、ステップ８０３に進み、吸気管負圧が冷機始動許可負圧しきい値より高いか否かを判定する。冷機始動許可負圧しきい値より低いと判定したときは、しきい値以上となるまで本ステップを繰り返す。ここで、冷機始動時負圧しきい値は、燃料の霧化を優先した値とすることを特徴としている。ステップ８０３にて、吸気管負圧がしきい値以上となったらステップ８０４に進み、圧縮行程噴射モードと判定し、圧縮行程噴射で燃料噴射を開始する。また、ステップ８０３にて、吸気管負圧は、前記吸気管内圧センサ１２９により算出しても良いが、前記エアフローセンサ２５の出力信号等を基に推定する手段としてもよい。

ステップ８０５では、圧縮行程噴射モードが所定時間継続するまで本ステップ繰り返し、所定時間経過後はステップ８０７に進み、圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切り換えて本ルーチンを終了する。ここで、前記所定時間は、時間判定としても良いし、燃焼サイクル数としても良い。また、圧縮行程噴射中に点火時期リタードさせることで、排気温度上昇が早められるため、触媒温度に応じて時間判定を変更するようにしても良い。また、エンジントルク指令値６９に応じて即座に吸気行程噴射に切り換えるような仕様としても良い。

次に、圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切り換えるときのトルク増加補正の必要性について、図９を用いて説明する。筒内噴射エンジンの特徴のひとつとして、低負荷，低回転領域では、超リーン運転（例えばＡ／Ｆ＝４０）を行い、ポンピングロスを低減する方法があるが、ハイブリッド車両では、低負荷，低回転領域は、アイドルストップ行うため、超リーン運転は必要ない。従って、本発明における、始動時のＡ／Ｆは、ストイキ（Ａ／Ｆ＝１４.７）より、若干リーン側でかつ圧縮行程噴射でのリッチ限界を超えない範囲とすることを特徴としている。しかし、本発明で使用する始動時Ａ／Ｆの領域（図９中圧縮行程噴射始動時Ａ／Ｆ）では、圧縮行程噴射時は吸気行程噴射時に比べ、Ａ／Ｆに対するエンジントルクは小さくなる特徴がある。

一方、総合制御装置１０では、車両に必要な目標駆動トルクを算出して、前記エンジン制御装置１１と前記第一電動発電機制御装置１３にトルク指令値を出力する。そこで、本発明では、図９に示すように圧縮工程噴射中にエンジントルクが不足する分を、第一電動発電機でトルク増加補正することを特徴としている。つまり、このトルク不足分は、本発明のハイブリッド車両のエンジン始動遅れと、圧縮行程噴射から吸気行程噴射に切り換えるときのトルクの切り換え段差を補正することを特徴としている。

図１１，図１２に通常始動モードと、冷機始動モードで始動した場合のチャートを示す。

図１１は、通常始動モードで始動した場合である。前記総合制御装置１０からエンジン始動要求が来ると、前記第二電動発電機５が前記クランク軸１０１ｄを回転させエンジンが回転する。前記吸気管１０７内の負圧が通常始動許可負圧しきい値より低い（絶対圧が高い）ときは、エンジンは燃料噴射を開始せず、その間の目標駆動トルクは第一電動発電機４が実現する。前記吸気管１０７内の負圧が通常始動許可負圧しきい値より高くなった
（絶対圧が低くなった）とき、燃料噴射モードを吸気行程噴射とし、燃料噴射を開始しエンジントルクが立ち上がる。エンジントルクが立ち上がった後は、第一電動発電機５のトルクと筒内噴射エンジン２のトルクで目標駆動トルクを実現する。

図１２は、冷機始動モードで始動した場合である。前記総合制御装置１０からエンジン始動要求が来ると、前記第二電動発電機５が前記クランク１０１ｄを回転させエンジンが回転する。前記吸気管１０７内の負圧が通常始動許可負圧しきい値より低い（絶対圧が高い）とき、または、前記蓄圧室５３内圧力が冷機始動許可燃圧しきい値より低いときは、エンジンは燃料噴射を開始せず、その間の目標駆動トルクは第一電動発電機４が実現する。前記吸気管１０７内の負圧が通常始動許可負圧しきい値より高くなった（絶対圧が低くなった）とき、かつ、前記蓄圧室５３内圧力が冷機始動許可燃圧しきい値より高くなったときは、燃料噴射モードを圧縮行程噴射とし、燃料噴射を開始しエンジントルクが立ち上がる。エンジントルクが立ち上がった後は、第一電動発電機５のトルクと筒内噴射エンジン２のトルクで目標駆動トルクを実現する。その後、所定時間経過した後に吸気行程噴射に移行する。移行時に発生するトルク段差は、第一電動発電機４が補正する。

次に、本発明による効果について説明する。図１３は、始動後時間とエンジンアウト
ＨＣ排出量を示した図である。始動時に圧縮行程噴射を行うと、圧縮行程を行わない場合（吸気行程噴射）に比べて、エンジンから排出されるＨＣの量大幅に削減できる。また、図１４には圧縮行程噴射と点火時期リタードを組み合わせた場合の効果を示す。吸気行程噴射で始動した場合に比べ、圧縮行程噴射と点火時期リタードを行って始動を行うと、触媒２１０の温度上昇が早いため（図１４上）、触媒２１０後のＨＣ排出量も大幅に削減することができる（図１４下）。

本発明により、筒内噴射エンジンの課題である始動時ＨＣを削減できるため、ハイブリッド車両に筒内噴射エンジンを採用することができる。前述したように、本来、筒内噴射エンジンは、超リーン運転をすることで燃費の改善効果が得られるものである。しかし、本発明のように通常はストイキ運転のみであっても、圧縮比をあげることができる、冷却損失が小さい、といった効果が期待でき、特に、ハイブリッド車両にとって重要なトルク制御性が良いという要素は欠かせないものである。また、筒内噴射エンジンをハイブリッド化することにより、弱点であった始動時ＨＣの課題についても克服できる。

ハイブリッド車両システムのシステム構成図である。（実施例１）ハイブリッド車両システムのシステム構成図である。（実施例２）ハイブリッド車両制御装置のセンサ入力および操作量の入出力図である。）筒内噴射式エンジン制御システムの構成図である。筒内噴射式エンジン制御装置の構成図である。燃料噴射モードの説明図である。始動モード判定を行うフローチャートである。燃料噴射モードを判定するフローチャートである。噴射モードによるトルク段差について説明した図である。始動時燃圧許可しきい値の設定方法を示す図である。通常始動モードで始動した場合のタイムチャートである。冷機始動モードで始動した場合のタイムチャートである。本発明を適用した場合の効果を示した図である。本発明を適用した場合の効果を示した図である。

符号の説明

１…ハイブリッド車両システム、２…筒内噴射式エンジン、３…クラッチ、４…第一の電動発電機、５…第二の電動発電機、６…変速機構、７…バッテリ、８…駆動輪、９…ハイブリッド車両制御装置、１０…総合制御装置、１１…エンジン制御装置、１２…クラッチ制御装置、１３…第一電動発電機制御装置、１４…第二電動発電機制御装置、１５…変速機構制御装置、１６…バッテリ残量検出手段、１７…バッテリ温度センサ、１８…車速センサ、１９…ブレーキスイッチ、２０…シフトポジションセンサ、２１…アクセルペダルセンサ、２２…アイドルスイッチ、２４…クランク角センサ、２５…エアフローセンサ、２６…吸入空気温度センサ、２７…スロットル弁開度センサ、２８…エンジン水温センサ、２９…第一電動発電機回転数センサ、３０…第一電動発電機電流センサ、３１…第一電動発電機温度センサ、３２…第二電動発電機回転数センサ、３３…第二電動発電機電流センサ、３４…第二電動発電機温度センサ、３７…変速機構入力軸回転数センサ、３８…変速機構出力軸回転数センサ、３９…変速機構油圧センサ、４０…バッテリ電流センサ、４１…バッテリ電圧センサ、４２…スロットル弁開度、４３…燃料噴射量、４４…点火時期、４５…第一電動発電機電流、４６…第二電動発電機電流、４７…クラッチ電流、４８…変速機構油圧、５０…燃料タンク、５１…燃料ポンプ、５２…燃圧レギュレータ、５３…蓄圧室、５４…燃料噴射弁、５６…燃圧センサ、６９…エンジントルク指令値、７０…エンジン始動要求、７１…第一電動発電機トルク指令値、７２…第二電動発電機トルク指令値、７３…第二電動発電機回転数指令値、７４…第二電動発電機指令切り換え信号、
７５…クラッチ締結指令信号、７６…変速機構入力軸回転数指令値、９０…高圧ポンプソレノイド、１００…ポンプ駆動カム、１０１ａ…ピストン、１０１ｂ…各シリンダ、101c…燃焼室、１０１ｄ…クランク軸、１０２…エアクリーナ、１０６…動力分配機構、106…コレクタ、１０７…各吸気管、１０８…点火コイル、１０９…点火プラグ、１１７…カム角センサ、１２０…排気弁、１２１…吸気バルブ、１２９…吸気管内圧センサ、１４０…スロットルボディ、１４０ａ…電制スロットル弁、１６０…アクセルペダル、２０２…ＥＰ−ＲＯＭ、２０３…ＭＰＵ、２０４…ＲＡＭ、２０８…空燃比センサ、２０９…排気管、２１０…排気ガス浄化用触媒、３００…高圧燃料ポンプ。

Claims

燃料蓄圧室内の燃料を燃焼室内に直接噴射するための燃料噴射弁と前記燃料蓄圧室内に燃料を圧送させる高圧燃料ポンプとを有する筒内噴射式内燃機関と、電動機とを駆動源とするハイブリッド車両において、
前記筒内噴射式内燃機関の始動要求がなされたときに、前記内燃機関が冷機始動モード要求であるかを判定する冷機始動モード要求判定手段と、前記判定手段により冷機始動モード要求と判定されたときに、前記内燃機関の燃料噴射開始タイミングを前記冷機始動モード要求以外の要求による場合と異なる設定にする手段と、を有したハイブリッド車両用の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置。
請求項１記載のハイブリッド車両用筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置において、
前記燃料噴射開始タイミングを異なる設定にする手段は、前記内燃機関の圧縮行程で燃料噴射を開始することを特徴とする燃料噴射装置。
請求項１又は２のいずれかに記載のハイブリッド車両用筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置において、
前記燃料噴射開始タイミングを異なる設定にする手段は、前記蓄圧室内の燃料圧力が所定値以上となったときに燃料噴射を開始することを特徴とする燃料噴射装置。
請求項３記載の前記蓄圧室内の燃料圧力の所定値とは、
前記内燃機関の燃焼室における燃料付着量が所定値以下となる値であることを特徴とする燃料噴射装置。
請求項１〜４のいずれかに記載のハイブリッド車両用筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置において、
前記冷機始動モード要求判定手段は、前記内燃機関の水温および前記内燃機関に具備される触媒の活性化情報の少なくともいずれかに基づくことを特徴とする燃料噴射装置。
請求項１〜４のいずれかに記載のハイブリッド車両用筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置において、
前記燃料噴射開始タイミングを異なる設定にする手段によって前記内燃機関の圧縮行程で燃料噴射を開始した後、所定時間経過後は吸気行程噴射に切り換えることを特徴とする燃料噴射装置。
請求項６記載のハイブリッド車両において、
前記燃料噴射タイミングを前記圧縮行程噴射中は、前記電動機の駆動力で前記ハイブリッド車両の駆動トルクを補正することを特徴とする。
請求項７記載の前記駆動トルク補正は、前記ハイブリッド車両の駆動トルクを増加補正することを特徴とする。