JP2008223599A - エンジンの燃料供給装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】エンジンで駆動される高圧燃料ポンプの立ち上がり性能を改善する。
【解決手段】
エンジンから高圧燃料ポンプへの動力伝達経路に可変減速機を設け、クランキング開始後、所定のエンジン回転速度上昇を経た後の所定期間において、減速比を低下させる制御を行い、クランキング開始直後は、減速比の低下を行わずクランキングトルクを小さくして振動を抑制しつつ、所定期間で減速比を低下させて燃料ポンプを増速し、速やかに燃圧を上昇させて高燃圧での燃料噴射開始を早めるようにした。
【選択図】図9
【解決手段】
エンジンから高圧燃料ポンプへの動力伝達経路に可変減速機を設け、クランキング開始後、所定のエンジン回転速度上昇を経た後の所定期間において、減速比を低下させる制御を行い、クランキング開始直後は、減速比の低下を行わずクランキングトルクを小さくして振動を抑制しつつ、所定期間で減速比を低下させて燃料ポンプを増速し、速やかに燃圧を上昇させて高燃圧での燃料噴射開始を早めるようにした。
【選択図】図9
Description
本発明は、エンジンで駆動される高圧燃料ポンプを備えたエンジン(エンジン単体の他、モータとエンジンを原動機とするハイブリッドエンジン)において、高圧燃料ポンプの立ち上がり性能を改善する技術に関する。
特許文献1には、エンジンで駆動される高圧燃料ポンプに増速装置を接続し、クランキング開始から所定燃圧に上昇するまで、あるいは完爆終了までの間増速させて、始動時の燃料昇圧を早め、要求燃料量の多い低温時の始動においても良好な始動性を確保する技術が開示されている。
特許第3454167号
特許文献1では、高圧燃料ポンプの増速により、クランキング初期の負荷が大きすぎて却って始動性が低下したり、クランキング開始時のショックが増大したりすることがあった。
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、クランキングをスムースに開始しつつ燃圧を速やかに上昇させることができるエンジンの燃料供給装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明は、
エンジンによって駆動される高圧燃料ポンプを備え、該高圧燃料ポンプによって燃圧を高めた燃料をエンジンに供給するエンジンの燃料供給装置において、
前記エンジンから高圧燃料ポンプへの動力伝達経路に、減速比を変更する減速比変更手段と、
クランキング開始後、所定のエンジン回転速度上昇を経た後の所定期間における減速比を、前記減速比変更手段によって低下させる減速比低下制御手段と、
を設けたことを特徴とする。
エンジンによって駆動される高圧燃料ポンプを備え、該高圧燃料ポンプによって燃圧を高めた燃料をエンジンに供給するエンジンの燃料供給装置において、
前記エンジンから高圧燃料ポンプへの動力伝達経路に、減速比を変更する減速比変更手段と、
クランキング開始後、所定のエンジン回転速度上昇を経た後の所定期間における減速比を、前記減速比変更手段によって低下させる減速比低下制御手段と、
を設けたことを特徴とする。
かかる構成とすれば、クランキング開始後の所定期間に減速比を小さくして高圧燃料ポンプを増速することで、燃圧を速やかに上昇させることが可能となり、また、クランキング開始時は増速しないことで、増速に伴うフリクション増加を抑えて必要な起動トルクを小さくすることが可能となり、ショックの発生も回避できる。
図1は、本発明が適用される走行用原動機がエンジン単体であるパワートレインの一例を示す。
エンジン1の出力軸(クランクシャフト)には、トランスミッション2が連結され、トランスミッション2の出力軸が車軸(駆動軸)に連結されている。
また、エンジン1の別の出力軸(カムシャフト)には、減速比を変更する可変減速機3を介して高圧燃料ポンプ4の駆動軸に連結されている。
ECM(エンジンコントローラ)5は、各種エンジン制御を行うと共に、前記可変減速機3の減速比を制御する。
図2は、前記ECM5に入力される各種信号と、これら信号に基づいて出力される各種制御信号を示す。
図3は、エンジン1の一例を示す。
エンジン1は、ディーゼルエンジンであり、吸入空気は、エアクリーナ22から吸気通路23、コレクタ24、吸気マニホールド25、吸気カム26により開閉駆動される吸気弁27を介してシリンダ28内に吸入される。
シリンダ28内には、ピストン29が嵌挿され、燃料噴射弁30によって燃料が噴射供給される。燃焼排気は、排気カム31によって開閉駆動される排気弁32を介して排気通路33へ排出される。
燃料は、燃料タンク34から図示しない低圧フィードポンプにより燃料供給通路35を通って高圧燃料ポンプ4に供給され、該高圧燃料ポンプ4から吐出された燃料がコモンレール36に供給され、コモンレール36内の燃圧を高圧に蓄圧する。コモンレール36内の高圧燃料は、前記各気筒の燃料噴射弁30に供給される。
また、前記排気通路33と吸気マニホールド25とを結ぶEGR通路37と、該EGR通路37に介装されたEGR弁38とが設けられ、運転条件に応じてEGR弁38が開かれて排気通路33内の排気の一部を吸気マニホールド25に戻すことにより、NOx低減を行っている。
図4は、図3に示したエンジン1において、コモンレール36と燃料タンク34とを結ぶリターン通路39と、該リターン通路39に介装された開閉弁40を備えたものであり、始動時は開閉弁40を閉じて高圧燃料ポンプ4による燃料の昇圧を促進し、コモンレール36内の燃圧が過大になったときに開いて燃圧を適正に調整することができる。開閉弁38は、燃圧の検出値に基づいてECM5からの信号によって開閉制御する構成の他、設定圧以上で開弁する逆止弁で構成してもよい。
図5は、前記可変減速機3の一例を示し、(a)は、遊星歯車列を用いた有段変速機構、(b)は、プーリ有効径を可変としたベルト式無段変速機構で構成された例を示すが、変速可能な機構であればこの2例に限らず適用可能である。
図6は、前記可変減速機3を用いた高圧燃料ポンプの減速比制御の一例を示す。
ステップS101では、バッテリ電圧VB、スタートスイッチ信号START SW、エンジン回転速度NE、コモンレール36内の燃圧P_Railを読み込む。
ステップS102では、前記スタートスイッチ信号START SWがOFFからONにされたかを判定する。
OFFからONにされた、つまり、スタータが起動されてクランキングが開始されたと判定されたときは、ステップS103へ進み、クランキング時間を計測するタイマのタイマ値ST_Timeを0にリセットする。
ステップS104では、バッテリ電圧VBが、可変減速機3の減速比を低下させてクランキング時の昇圧を促進する制御(以下、減速比低下制御という)を許容する下限設定値VB_low以上であるかを判定し、下限設定値VB_low以上と判定されたときは、ステップS105へ進む。
ステップS105では、コモンレール36内の燃圧(以下、レール圧という)P_Railが、減速比低下制御を必要とする下限設定値P_STlow未満であるかを判定する。
下限設定値P_STlow未満と判定されたときはステップS106へ進んで、減速比変更許可フラグf_P_Rdcを1にセットし、下限設定値P_STlow以上と判定されたときはステップS108へ進んで、減速比変更許可フラグf_P_Rdcを0にリセットする。
ステップS107では、可変減速機3の減速比P_Rdcを、初期値P_Rdc_initにセットする。ここで、初期値P_Rdc_initは、最も小さい減速比に設定され、燃圧の昇圧後の通常運転時には、この値に維持される。
一方、ステップS102でOFFからONにされた直後でないと判定されたときは、ステップS109へ進んで、スタートスイッチがONであるかを判定し、ONと判定されたときは、ステップS110へ進んで、前記クランキング時間計測タイマのタイマ値ST_Timeをカウントアップする。
ステップS111では、前記タイマ値ST_Timeが、減速比低下制御開始用の設定値ST_Lに達したかを判定し、達したと判定されたときは、ステップS112に進む。
ステップS112では、前記減速比変更許可フラグf_P_Rdcが1にセットされているかを判定する。
減速比変更許可フラグf_P_Rdcが1にセットされていると判定されたときは、ステップS113へ進んで、減速比低下制御における減速比P_Rdcを算出する。
図7は、前記減速比P_Rdc算出方法の一例を示す。
エンジン回転速度NEとエンジン目標トルク(エンジン回転速度およびアクセル開度等に基づいて設定)とに基づいて、(a)に示すように設定されたマップテーブルを検索して、目標レール圧を設定する。目標レール圧は、エンジン目標トルクが大きいほど大きく、エンジン回転速度が高くなると小さくなるように設定されている。
次に、目標レール圧から実レール圧(P_Rail)を減算した差圧に基づいて、前記可変減速機3が無段変速機で構成されている場合は、(b)に示すマップテーブルを検索して、また、可変減速機3が有段変速機で構成されている場合は、(c)に示すマップテーブルを検索して、可変減速機3の減速比を設定する。ここで、クランキング時など実レール圧が低く目標燃圧との差圧が大きいときほど、減速比P_Rdcが小さい値に設定されている。
このようにすれば、基本的には、クランキングを開始してから所定時間経過後に、レール圧の差圧が大きいときに、減速比低下制御が実行される。これにより、高圧燃料ポンプ4が増速され、レール圧の上昇速度を高めることができる。その結果、噴射可能なレール圧への到達時間を短縮することができ、燃料噴射開始を早めて始動性を向上させるという減速比低下制御による基本的な性能を確保できる。
特に、上記実施形態では、目標レール圧と現在のレール圧との差が大きい時ほど減速比を小さくするように設定することで、要求加圧代に応じて燃料ポンプの増速量が制御され、無駄なく、かつ、速やかにレール圧を上昇させることが可能となる。また、可変減速機3が有段変速機で構成されている場合は、図7(c)に実線と一点鎖線で示したように、ヒステリシス特性を持たせることで、燃料圧力変化時のハンチングを防止することができる。
また、減速比を低下させると、高圧燃料ポンプ4の駆動に必要なクランキングトルクが増加し、上記特許文献1のようにクランキング開始から減速比低下制御を開始すると、クランキング開始直後にクランキングトルクの反力を大きく生じ、エンジンのロール方向に作用して振動の原因となる。これに対し上記実施形態の本発明に係る構成によれば、クランキングを開始してから所定時間を経過するまでは、通常の最大減速比に維持し、所定時間経過後のクランキング回転が安定してから減速比低下制御を開始するため、クランキング開始直後のトルク増加を防ぎ、振動の増加を回避することが可能となる。
また、バッテリ電圧が不足しているときは、トルク不足により始動時間の増大につながる可能性があるが、本実施形態では、バッテリ電圧が下限設定値VB_low未満の場合は、減速比低下制御が許可されないので、かかる事態の発生を防止できる。
また、運転停止後、短時間で運転を再開するようなクランキング開始時にレール圧が十分高いときには、減速比低下制御を行う必要がなく、本実施形態では、減速比低下制御を行わないようにしているので、無用なエネルギ消費を防止できる。
図8は、高圧燃料ポンプにおける減速比制御の別の例を示す。前記第1の例では、減速比低下制御の開始条件として、クランキング開始から設定時間経過後を判定したのに対し、本例では、減速比低下制御の開始条件として、ステップS209において、エンジン回転速度NEが設定値NE_L以上に達したことを判定する点で相違する。エンジンフリクションはエンジン回転速度と相関が高いため、本例の構成とすることにより、フリクションの大きな極低回転領域では減速比低減を禁止して燃料ポンプ駆動のために要するトルクの増大を抑制することができ、該領域でのクランキングトルク増加を防止することが可能となる。
なお、第1の例でも、クランキング開始後の経過時間で間接的にエンジン回転速度の低速域で減速比低下制御を禁止しているから、略同等の効果を得られるが、第2の例では、エンジン回転速度に基づいて、直接的に減速比低下制御を禁止することができる。
図9は、可変減速機3が無段変速機で構成されている場合において、前記第1または第2の例に示した減速比制御を行ったときの様子を示す。
なお、減速比の時間あたりの変化率に制限を設けており、これにより、燃料ポンプ駆動トルクの急変に伴うショックを抑制することができる。
図10は、高圧燃料ポンプにおける減速比制御の第3の例を示す。
第1、第2の例と異なり、エンジン回転速度に応じて燃料ポンプの減速比変更量基本値を設定し、目標レール圧との差に応じてこれを補正する構成としたものである。以下、詳細を説明する。
ステップS301で燃料噴射量の目標値、エンジン停止指令、バッテリ電圧VB、エンジン回転速度NE、レール圧P_Railを読み込む。
ステップS302では、図11に示したマップテーブルを参照し、エンジン回転速度NEに基づいて、減速比変更量基本値P_Rdc_Bを算出する。
ここで、減速比変更量基本値P_Rdc_Bは、エンジン停止状態での初期値0(変更なし)から回転速度の増大に応じて低下し、クランキング回転域の中間速度域で最小値(<0)に低下した後、再度増大してクランキング終了後の回転速度域では0に復帰するという特性を有している。
ステップS303では、燃料噴射量目標値が正の値であるか、つまり、燃料カット条件でないかを判定し、燃料カット条件でないと判定されたときは、ステップS304へ進む。
ステップS304では、エンジン停止指令が無いかを判定し、無いと判定されたときはステップS305へ進む。
ステップS305では、バッテリ電圧VBが前記下限設定値VB_low以上であるかを判定し、ステップS306では、レール圧P_Railが、前記下限設定値P_STlow未満であるかを判定し、両判定が、共にYESの場合は、ステップS307へ進む。
ステップS307では、図12に示したマップテーブルを参照し、目標レール圧から実レール圧P_Railを減算した差圧に基づいて、減速比変更ゲインP_Rdc_Gを算出する。ここで、差圧が増大するほど、減速比変更ゲインP_Rdc_Gが大きくなるように設定されている。
一方、ステップS303〜ステップS306のいずれかの判定がNOである場合、すなわち、燃料カット条件か、エンジン停止指令があるか、バッテリ電圧VBが下限設定値VB_low未満か、レール圧P_Railが下限設定値P_STlow以上であるときは、ステップS307で、減速比変更ゲインP_Rdc_Gを0にリセットする。
そして、ステップS308では、最終的に減速比P_Rdcを、次式によって算出する。
P_Rdc=P_Rdc_Init+P_Rdc_B×P_Rdc_G
本例においては、高圧燃料ポンプの減速比は、基本減速比(=初期値P_Rdc_Init)と減速比変更量の和で求められ、減速比変更量は、クランキング開始直後の極低回転域と始動完了後の通常運転での回転域では基本値を0とし、その間のクランキング中を含む回転域の減速比変更量基本値は0よりも小さく設定されている。
本例においては、高圧燃料ポンプの減速比は、基本減速比(=初期値P_Rdc_Init)と減速比変更量の和で求められ、減速比変更量は、クランキング開始直後の極低回転域と始動完了後の通常運転での回転域では基本値を0とし、その間のクランキング中を含む回転域の減速比変更量基本値は0よりも小さく設定されている。
エンジン及び高圧燃料ポンプのフリクションはエンジン回転速度と相関があるため、前記第1、第2の例でもフリクションが大きくなる速度域では、減速比低下制御を禁止したが、本例では、減速比低下制御中の減速比をエンジン回転速度に応じて設定することで、シンプルな構成でクランキング時の回転上昇中のフリクションを安定させ、振動低減効果を確保しながらレール圧の速やかな上昇を図ることができる。
さらに本例では、燃料カットならびにエンジン停止指令時には、減速比変更量基本値を0とし、減速比低下制御を行わないことで、燃料ポンプ駆動トルクの増大に伴う無用なエネルギ消費を低減することができる。
図13は、本発明が適用されるハイブリッド原動機を備えたパワートレインの一例を示す。
エンジン1の出力軸が、第1のクラッチ6を介してモータ・ジェネレータ7に連結され、モータ・ジェネレータ7の出力軸が第2のクラッチ8を介してトランスミッション2に連結されている。
エンジン1は、エンジンコントローラ(ECM)5、モータ・ジェネレータ7は、モータコントローラ(MC)9らの指令を受けてそれぞれ制御され、ECM5、MC9は、ハイブリッドコントローラ(HCM)10からの指令によって統合的に制御される。
バッテリ11は、前記各コントローラ5,9,10に電力を供給する。
また、インバータ12は、バッテリ9からの直流電力を交流電力に変換してモータ・ジェネレータ7に出力し、モータ・ジェネレータ7をモータとして駆動すると共に、モータ・ジェネレータ7がジェネレータとして機能するときには、モータ・ジェネレータ7からの発電電力を直流電力に変換してバッテリ11を充電する。
モータ・ジェネレータ7は、走行駆動用とエンジン1の始動用との機能を兼ね備え、走行時には、第2のクラッチ8を接続し、エンジン1の駆動力を用いる(単独またはモータ・ジェネレータ3の駆動力との併用で)際には、第1のクラッチ6も接続する。また、エンジン1を始動する際には、第2のクラッチ8を切り離し、第1のクラッチ6を接続してクランキングを行う。
そして、エンジン1の別の出力軸(カムシャフト)に、可変減速機3を介して高圧燃料ポンプ4の駆動軸が連結され、ECM5が、上記各種エンジン制御を行うと共に、HCM10からの指令を介して、可変減速機3の減速比を制御する。
図14は、本発明が適用されるハイブリッド原動機を備えたパワートレインの別の例を示す。
図13と相違するのは、走行用の第1のモータ・ジェネレータ7とは別に、ベルト13を介してエンジン1と連動するエンジン始動用の第2のモータ・ジェネレータ14を備え、さらに該第2のモータ・ジェネレータ14とバッテリ11との間の第2のインバータ15、第2のモータ・ジェネレータ14に指令を与える第2のモータコントローラ16を備え、前記第2のクラッチ8が省略される点である。
図15は、前記各コントローラの入出力状態を示す。
図16は、これらハイブリッド原動機を備えたパワートレインシステムにおいて、エンジン及びモータの目標トルクを算出するフローを示す。
ステップS401では、運転状態を読み込み、ステップS402では、アクセル開度、或いはアクセル開度の単位時間あたり変化量などを基に、目標総トルク(エンジン目標トルク+モータ目標トルク)を算出する。
ステップS403、ステップS404で、目標総トルクを割り付けて、エンジン目標トルクとモータ目標トルクを各々算出する。割り付け量は、車速、トルク、トルク変化量、バッテリ残量、触媒温度、エンジン水温等に応じて求められる。エンジン停止時に始動要求が発生するのは、エンジン目標トルクが0より大きい時であり、例えば大きな加速力を得たい場合、バッテリを充電する必要がある場合、触媒や機関を暖機する必要がある場合などである。
図17は、同じく前記ハイブリッド原動機を備えたパワートレインシステムにおける高圧燃料ポンプの減速比制御を示す。
ステップS501では、前記図10のステップS301で読み込んだ燃料噴射量目標値、エンジン停止指令、エンジン回転速度NE、レール圧P_Railの他、エンジン目標トルク、モータ目標トルク、バッテリ残量SOCを読み込む。
そして、減速比低下制御を実行する条件を、ステップS505,506,508における図10で示した各条件(燃料噴射量目標値が正、エンジン停止指令無し、レール圧が下限値未満)に加え、ステップS503,504で、エンジン目標トルクが設定値T_E_lowより大きく、モータ目標トルクが設定値T_M_highより小さいことを条件とし、かつ、ステップS507で、図10のバッテリ電圧VBが下限値以上とする条件に代えて、バッテリ残量SOCが下限設定値SOC_lowであることを条件とする。
本制御においては、エンジン目標トルクが設定値以下の時は、減速比低下制御を行わない構成としたことにより、例えばバッテリ充電などドライバの加速要求によらない始動要求発生時に、減速比低下制御を禁止してエンジンフリクションの増加を抑え、比較的小さいクランキングトルクにてエンジンを始動することで、反力による振動の増大を防ぐ効果が得られる。
また、モータ目標トルクが設定値以上の時も、減速比低下制御を行わない構成とすることにより、例えば車両を駆動するために大きなモータトルクを必要としている運転状態においては、クランキング即ちエンジン始動に要するトルクの増加を抑えて、車両駆動用トルクが減少するのを防止するという効果が得られる。
また、ハイブリッド原動機では、走行中にバッテリ11の残量(充電量)SOCを制御しているので、バッテリ電圧VBに代えてバッテリ残量SOCを用いることで、減速比低下制御の実行の有無を適正に判定することができる。
なお、その他の基本構成は図10に示した第3の例と同じ構成としたが、図6,8に示した第1または第2の例の構成を用いても構わない。その際は、バッテリ電圧VBの代わりにバッテリ残量SOCを用いると共に、START_SWの代わりにHCM10からのエンジン始動許可信号を参照して制御を行う構成とすればよい。
1 エンジン、
2 トランスミッション
3 可変減速機
4 高圧燃料ポンプ
5 エンジンコントローラ
7 モータ・ジェネレータ
9 モータコントローラ
10 ハイブリッドコントローラ
11 バッテリ
2 トランスミッション
3 可変減速機
4 高圧燃料ポンプ
5 エンジンコントローラ
7 モータ・ジェネレータ
9 モータコントローラ
10 ハイブリッドコントローラ
11 バッテリ
Claims (9)
- エンジンによって駆動される高圧燃料ポンプを備え、該高圧燃料ポンプによって燃圧を高めた燃料をエンジンに供給するエンジンの燃料供給装置において、
前記エンジンから高圧燃料ポンプへの動力伝達経路に、減速比を変更する減速比変更手段と、
クランキング開始後、所定のエンジン回転速度上昇を経た後の所定期間における減速比を、前記減速比変更手段によって低下させる減速比低下制御手段と、
を設けたことを特徴とするエンジンの燃料供給装置。 - 前記所定期間は、クランキング開始後所定時間を経過してから、またはエンジン回転速度が所定値に到達してから前記燃圧が目標燃圧に到達するまでの期間であることを特徴とする請求項1に記載のエンジンの燃料供給装置。
- 前記減速比低下制御手段は、前記所定期間において減速比を低下させるための減速比変更量の基本値を、エンジン回転速度に基づいて設定することを特徴とする請求項1に記載のエンジンの燃料供給装置。
- 前記減速比低下制御手段は、前記所定期間であっても、燃料カット時及びエンジン停止指令発生時は、前記減速比を低下する制御を禁止することを特徴とする請求項3に記載のエンジンの燃料供給装置。
- 前記減速比低下制御手段は、前記減速比を小さくする制御中の減速比低下度合を、目標燃圧と実燃圧との差に応じて変更することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1つに記載のエンジンの燃料供給装置。
- 前記減速比低下制御手段は、クランキング開始時に、燃圧が所定値以上の時は、前記減速比を低下する制御を禁止することを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1つに記載のエンジンの燃料供給装置。
- 前記減速比低下制御手段は、バッテリ残量が所定以下の時は、前記減速比を低下する制御を禁止することを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか1つに記載のエンジンの燃料供給装置。
- エンジンとモータとを組み合わせたハイブリッド原動機を備え、エンジン目標トルクが所定値以下のときは、前記減速比を低下する制御を禁止することを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか1つに記載のエンジンの燃料供給装置。
- エンジンとモータとを組み合わせたハイブリッド原動機を備え、モータ目標トルクが所定値以上のときは、前記減速比を低下する制御を禁止することを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか1つに記載のエンジンの燃料供給装置。
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JP2013136295A (ja) * | 2011-12-28 | 2013-07-11 | Toyota Motor Corp | ハイブリッド車両の制御装置 |
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2007
- 2007-03-13 JP JP2007063099A patent/JP2008223599A/ja active Pending
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