JP2009209722A - エンジンの始動制御装置及び始動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド車等で早期にエンジン始動が必要と判断した場合に、排気や運転性を悪化させることなく、圧力低減効果とエンジン始動性の両立を図る。
【解決手段】ハイブリッド車等で、圧縮圧力低減手段を備えたディーゼルエンジンを始動する際、クランキング中に冷却水温等に基づいて燃焼の可否を判断し（Ｓ１０４）、燃焼可能と判断され、且つ、アクセル開度が所定値以上或いはアクセル開度変化量が所定値以上のときは（Ｓ１０５，Ｓ１０８）、圧縮圧力低減手段の作動を停止し、燃料噴射を許可する（Ｓ１０６）。
【選択図】図６

Description

本発明は、エンジンの始動制御装置及び始動制御方法に関し、特に、エンジンの始動時にシリンダ内の圧縮圧力を低減してエンジンの振動を抑制するための圧縮圧力低減手段を備えたエンジンの始動制御装置及び始動制御方法に関する。

特許文献１には、エンジン始動時に、エンジンの共振回転速度領域では弁開閉時期を遅角してシリンダ内の有効圧縮比を下げ、シリンダ圧縮反力を小さくしてエンジン振動を抑制する手段を備えたエンジンにおいて、ドライバの積極的意思によりエンジンを始動する場合や低温時等エンジンの始動性が低い場合等、始動時の振動抑制への要求が相対的に低い場合には、弁開閉時期を最遅角状態としないことで、始動の早期化を図る技術が記載されている。
特開２００２−２５６９１０号公報

ところが、エンジンは、クランキング開始後、直ちに燃焼を開始しようとしても、燃焼室温度や燃料噴射圧力等の状態によっては安定な燃焼が得られない場合がある。このような状態で燃料を噴射し燃焼させようとすると、燃焼不良に伴って排気が悪化したりトルクのバラツキが生じて運転性が悪化したりする可能性がある。この点を考慮して、安定な燃焼が可能な状態となるまで燃料を噴射せずにクランキングを継続する場合、特許文献１のように、エンジンを早期に始動させる必要があるときに圧縮圧力の低減を行わない構成では、クランキングを継続している間、振動低減効果を得られないという問題がある。

本発明は上記問題点に着目してなされたもので、エンジンの早期始動が必要な場合に、排気や運転性を悪化させることなく、エンジンの振動抑制と早期始動を両立できるエンジンの始動制御装置及び始動制御方法を提供することを目的とする。

このため、本発明のエンジンの始動制御装置は、始動時に作動してシリンダ内の圧縮圧力を低減する圧縮圧力低減手段を備えたエンジンにおいて、前記シリンダ内の燃焼の可否を判断する燃焼可否判断手段と、エンジンを含む原動機に対するトルク要求状況を判定するトルク要求状況判定手段と、を備え、前記燃焼可否判断手段が燃焼可能と判断し、且つ、トルク要求状況判定手段が前記原動機へのトルク要求状況について所定条件を満たすと判定したきは、エンジン回転速度が前記圧縮圧力低減手段の作動領域であっても、前記圧縮圧力低減手段の作動を停止して燃料噴射を開始するようにしたことを特徴とする。

また、本発明のエンジンの始動制御方法は、始動時に作動してシリンダ内の圧縮圧力を低減する圧縮圧力低減手段を備えたエンジンを始動するに際し、前記シリンダ内の燃焼の可否を判断すると共に、エンジンを含む原動機に対するトルク要求状況を判定し、燃焼可能で、且つ、前記原動機へのトルク要求状況が所定条件を満たすときには、エンジン回転速度が前記圧縮圧力低減手段の作動領域であっても、前記圧縮圧力低減手段の作動を停止して燃料噴射を開始するようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、原動機へのトルク要求に基づきエンジンの早期始動が必要と判断された場合に、燃焼可能であればエンジン回転速度が圧縮圧力低減手段の作動領域であっても圧縮圧力低減手段の作動を停止し、燃焼不可であれば圧縮圧力低減手段の作動により振動を抑制するので、クランキング中の振動抑制効果を損なうことなく、また、排気や運転性を悪化させることなく、エンジンを早期に始動することが可能である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明を適用する１モータ方式のハイブリッド車のパワートレインの一例を示す。

図１において、エンジン１の出力軸は、クラッチ２を介してモータ・ジェネレータ３に連結され、モータ・ジェネレータ３は、クラッチ４を介してトランスミッション５に連結されている。ここで、エンジン１とモータ・ジェネレータ３とで原動機を構成する。

インバータ６は、バッテリ７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３に出力し、モータ・ジェネレータ３をモータとして駆動する。また、インバータ６は、モータ・ジェネレータ３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３からの発電電力を直流電力に変換してバッテリ７を充電する。

エンジン１は、エンジンコントローラ（以下、ＥＣＭと称す）８により制御され、モータ・ジェネレータ３は、モータコントローラ（以下、ＭＣと称す）９により制御され、これらＥＣＭ８及びＭＣ９は、ハイブリッドコントローラ（以下、ＨＣＭと称す）１０からの制御信号によって統合的に制御される。ＨＣＭ１０は、クラッチ２，４及びインバータ６に対しても制御信号を出力する。

図２は、上述したハイブリッド車のシステムブロック図である。
ＨＣＭ１０は、各種センサ類から入力される信号に基づいてＥＣＭ８及びＭＣ９に所定の制御信号を出力する。

ＨＣＭ１０に入力する信号としては、回転速度センサ１１からのエンジン回転速度信号ＮＥ、アクセル開度センサ１２からのアクセル開度信号ＡＰＳ、水温センサ１３からの冷却水温信号ＴＷ、吸気温センサ１４からの吸気温信号ＴＡ、吸気圧センサ１５からの吸気圧信号ＰＡ、燃圧センサ１６からの燃料圧力信号ＰＦ等である。

ＨＣＭ１０から出力される制御信号としては、ＥＣＭ８に対する目標エンジントルク信号及び圧縮圧力低減許可／停止信号、ＭＣ９に対する制御切替信号（トルク制御/回転数制御）、目標トルク信号及び目標回転速度信号等がある。ＨＣＭ１０の圧縮圧力低減許可／停止信号に基づいてＥＣＭ８から圧縮圧力低減手段１７に圧縮圧力低減手段制御信号が出力される。

そして、ＨＣＭ１０は、エンジン始動時において、ＥＣＭ８及びＭＣ９に所定の制御信号を出力し、モータ・ジェネレータ３によりエンジン１をクランキングすると共に、ＥＣＭ８から圧縮圧力低減手段制御信号を発生させて圧縮圧力低減手段１７を作動させることで、エンジン１の振動を抑制する。また、後述するように、クランキング中に、冷却水温ＴＷ、吸気温ＴＡ、吸気圧ＰＡ及び燃料圧力ＰＦの少なくとも１つに基づいてシリンダ内の燃焼可否を判断し、アクセル開度信号ＡＰＳから原動機へのトルク要求状況がドライバの積極的意思によるエンジン始動要求で所定条件を満たすと判断したとき、燃焼可否の判断結果に応じて圧縮圧力低減手段１７の作動／停止を制御する。ここで、ＨＣＭ１０が、燃焼可否判断手段とトルク要求状況判定手段の機能を有する。

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２１から吸気通路２２、コレクタ２３、吸気マニホールド２４、吸気カム２５により開閉駆動される吸気弁２６を介してシリンダ２７内に吸入される。

シリンダ２７内には、ピストン２８が嵌挿され、燃料噴射弁２９によって燃料が噴射供給される。燃焼排気は、排気カム３０によって開閉駆動される排気弁３１を介して排気通路３２へ排出される。

排気の一部は、ＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路３３に導入され、ＥＧＲ弁３４によってＥＧＲ量を制御されつつ吸気マニホールド２４に還流される。
そして、前述の圧縮圧力低減手段１７として、下記の各手段のうち、少なくとも１つを備える。

スロットル弁３４は、例えばバタフライ弁で構成され、始動時の所定期間、吸気通路２２の断面積を縮小して弁下流の圧力（吸気圧力）を低下させ、圧縮圧力を低減する（図４（Ａ）参照）。

吸気遮断弁３５は、バタフライ弁、フラップ弁、ポペット弁等で構成され、連続的或いは１サイクル中の所定区間（吸気行程）に吸気通路を遮断し、弁下流の圧力を低下させ、圧縮圧力を低減する。好ましくは、１サイクル中でシリンダ内圧力の変動がなくなるように、「閉」時期を調整するとよい（図４（Ｂ）参照）。

吸気弁特性可変手段（吸気弁開閉時期可変手段や吸気弁作動角可変手段）３６は、吸気カムの位相を変化させてバルブ中心角を変化させるものや、異なるプロフィールを持つ複数のカムの使用を切り替えるもの等、その他公知である可変動弁機構を用いて、吸気行程においてシリンダ内に流入する空気量を変更（制限）して圧縮圧力を低減する。（図４（Ｃ）参照）。連続可変式のものはシリンダ内圧変更時の段差が無く、切り替え式のものは速やかに圧縮圧力を変更できるという利点がある。

図５に示すデコンプ装置３７は、作動（ＯＮ）時に、吸・排気弁２６，３１とは別に設けた弁、或いは吸気弁２６を開放状態としてシリンダ２７内の空気を吸気通路に逃がして圧縮圧力を低減するもので、別の弁或いは吸気弁２６を圧縮行程において微小量開とすることで、圧縮行程においてもシリンダ２７内の空気を吸気通路に逃がすものである。

次に、エンジン始動時のＨＣＭ１０の制御動作について図６のフローチャートを参照しながら説明する。尚、以下では冷却水温ＴＷに基づいて燃焼可否判定する例で説明する。
エンジン１の始動要求が発生し、エンジン１のクランキングが開始されると、ステップＳ１０１で、エンジン回転速度ＮＥ、冷却水温ＴＷ、アクセル開度ＡＰＳを読込む。始動要求が発生するときとは、イグニッションキーが「オフ」から「オン」されたときや、ＨＣＭ１０によって演算される目標エンジントルクが「０」から「０より大きい値」になった時等が該当する。クランキングは、ＨＣＭ１０からトルク制御信号と目標トルクをＭＣ９に出力し、目標トルクが実現するようにＭＣ９によりモータ・ジェネレータ３を駆動制御して行う。

ステップＳ１０２では、クランキング中か否かを判定し、クランキング中であればステップＳ１０３に進む。
ステップＳ１０３では、読込んだエンジン回転速度ＮＥが所定値ＮＥ−Ｌより低いか否かを判定する。前記所定値ＮＥ−Ｌは、エンジン１が共振するエンジンマウント或いは駆動系の共振域に基づきこの共振域より高く設定したもので、圧縮圧力低減手段１７の作動終了時点を規定するエンジン回転速度である。ここで、エンジン回転速度ＮＥ＜所定値ＮＥ−Ｌと判定された場合は、ステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、読込んだエンジン回転速度ＮＥと冷却水温ＴＷから、図７（Ａ）の特性マップに基づいてシリンダ２７内の燃焼の可否を判定する。燃焼不可と判定されている間は、ステップＳ１０９に進み、圧縮圧力低減手段１７を作動させると共に、燃料噴射を禁止する。一方、燃焼可能と判定された場合は、ステップＳ１０５に進む。尚、ここでは、冷却水温ＴＷから燃焼の可否を判断することとしたが、吸気温ＴＡ、吸気圧ＰＡ又は燃料圧力ＰＦから燃料の可否を判断してもよく、冷却水温ＴＷ、吸気温ＴＡ、吸気圧ＰＡ及び燃料圧力ＰＦの少なくとも１つから燃料可否判断できる。図７（Ｂ）〜（Ｄ）に、吸気温ＴＡ、吸気圧ＰＡ、燃料圧力ＰＦによる燃料可否判断のための特性マップを示す。図７の各特性は、圧縮圧力低減手段１７が作動していない状態のものである。尚、燃料圧力ＰＦを用いる場合は、燃料ポンプはエンジン駆動である。

ステップＳ１０５では、読込んだアクセル開度ＡＰＳが予め設定した所定開度ＡＰＳ−Ｌ以上か否かを判定し、アクセル開度ＡＰＳが所定開度ＡＰＳ−Ｌ未満のときはステップＳ１０８に進み、アクセル開度変化量（＝ＡＰＳ（今回値）−ｂＡＰＳ（前回値））が所定変化量ｄＡＰＳ−Ｌ以上か否かを判定する。ステップＳ１０５でアクセル開度ＡＰＳ≧所定開度ＡＰＳ−Ｌと判定されるか、Ｓ１０８でアクセル開度変化量（＝ＡＰＳ（今回値）−ｂＡＰＳ（前回値））≧所定変化量ｄＡＰＳ−Ｌと判定されたときはステップＳ１０６に進み、圧縮圧力低減手段１７の作動を停止すると共に、燃料噴射を許可し、燃料噴射弁２９による燃料噴射を開始して燃焼を開始する。一方、ステップＳ１０５、Ｓ１０８の判定がいずれもＮＯの場合は、ステップＳ１０９に進み、圧縮圧力低減手段１７を作動させると共に、燃料噴射を禁止する。

ステップＳ１０７では、今回読込んだアクセル開度ＡＰＳを前回値ｂＡＰＳに置き換える。そして、リターンする。
ステップＳ１０３において、エンジン回転速度ＮＥ≧所定値ＮＥ−ＬでＮＯと判定された場合は、ステップＳ１１０に進み、圧縮圧力低減手段１７の作動を停止すると共に、燃料噴射を許可し、燃料噴射弁２９による燃料噴射を開始して燃焼を開始する。

例えば、モータ走行中にドライバがアクセルペダルを踏込んだ場合、アクセル開度ＡＰＳが大きい時は、ドライバが大きな駆動力を要求している状態である。このドライバの要求駆動力が、モータ・ジェネレータ３の駆動力だけでは足らず、エンジン１の始動要求が発生した場合は、始動後のエンジン１へのトルク要求も大きいことが予想される。この場合、始動に時間がかかると駆動力不足を生じる可能性がある。また、アクセル開度変化量が大きい時は、ドライバが駆動力を直ちに得たい状態であり、このとき、エンジン始動に時間がかかると加速不良を生じる可能性がある。

一方、一般的にエンジンはクランキングを開始しても燃焼可能な状態となるまでに時間を要する。このため、クランキング開始と同時に燃料を噴射しても燃料不良に伴って排気の悪化やトルクのバラツキを生じる可能性がある。

かかる本実施形態によれば、クランキング時に燃焼可否を判断し、アクセル開度、アクセル開度変化量が所定以上の時であっても、燃料可能となるまでは、圧縮圧力低減手段１７を作動させてエンジンの振動を抑制すると共に燃料噴射を禁止するので、燃料不良に伴う排気の悪化やトルクのバラツキが生じるのを回避できる。また、燃焼可能となってからは速やかに圧縮圧力低減手段１７の作動を停止すると共に、燃料噴射を開始するので、駆動力不足や加速不良を回避でき、ドライバの違和感を解消できる。

上記実施形態は、冷却水温ＴＷを用いて燃焼の可否を判断する例を説明したが、冷却水温ＴＷ、吸気温ＴＡ、吸気圧ＰＡ及び燃料圧力ＰＦの少なくとも１つを用いて燃料の可否を判断することができる。図７（Ｂ）〜（Ｄ）は、圧縮圧力低減手段１７が作動していない状態における吸気温ＴＡ、吸気圧ＰＡ、燃料圧力ＰＦによる燃料可否判断のための特性マップである。尚、燃料圧力ＰＦは、エンジン駆動の燃料ポンプの場合である。

圧縮圧力低減手段１７として、吸気弁特性可変手段３６における連続可変式のような、圧縮圧力を連続的に変更可能な手段を用いる場合、図８（Ａ）〜（Ｄ）の特性マップを用いて、圧縮圧力低減手段１７の作動量とそれぞれ冷却水温ＴＷ、吸気温ＴＡ、吸気圧ＰＡ又は燃料圧力ＰＦとの関係から、燃焼の可否を判断するようにしてもよい。

また、連続可変式の圧縮圧力低減手段１７に中には、作動機構等に起因して作動に時間がかかり、動作を終了しても直ちに圧縮圧力を通常時の状態に戻すことができないものがある。この場合、図７（Ａ）〜（Ｄ）の各特性マップで燃焼可否判断するときに、圧縮圧力低減手段１７の作動量を考慮することで、燃焼可否判断の精度が向上する。即ち、圧縮圧力低減手段１７の作動量が大きい程（有効圧縮比が低い程）、図７（Ａ）〜（Ｄ）の特性マップの境界位置を図の上方側に補正するようにする。

以上の説明では、１モータ方式のハイブリッド車に適用した例を示したが、これに限るものではない。本発明は、図９に示す２モータ方式のハイブリッド車や図１０に示すスタータモータ５１を備えたエンジンを搭載したエンジン車にも適用可能である。図９に示す２モータ方式のハイブリッド車においては、例えば、第１モータ・ジェネレータ３ａを車両駆動用とし、第２モータ・ジェネレータ３ｂをエンジン始動用とし、第２モータ・ジェネレータ３ｂとエンジン１とをベルト４１を介して連動し、エンジン１をクランキングする。尚、図９中、６ｂ、９ｂは第２モータ・ジェネレータ３ｂ用のインバータとモータコントローラである。

本発明を適用する１モータ方式のハイブリッド車のパワートレインの一例を示すブロック図。 同上ハイブリッド車のシステムブロック図。 同上ハイブリッド車のエンジンの一例を示す概略構成図。 同上エンジンにおける異なる圧縮圧力低減手段毎の作用を示す図。 圧縮圧力低減手段としてデコンプ装置を備えたエンジンの一例を示す概略構成図。 本発明の一実施形態に係るエンジン始動時の制御動作を説明するフローチャート。 冷却水温、吸気温、吸気圧、燃料圧力から燃焼可否判断する場合の各特性マップを示す図。 圧縮圧力低減手段の作動量と冷却水温、吸気温、吸気圧、燃料圧力との関係から燃焼可否判断する場合の各特性マップを示す図。 本発明を適用可能な２モータ方式のハイブリッド車のパワートレインの一例を示すブロック図。 本発明を適用可能なエンジン車のパワートレインの一例を示すブロック図。

符号の説明

１ エンジン
３ モータ・ジェネレータ
８ エンジンコントローラ
９ モータコントローラ
１０ ハイブリッドコントローラ
１１ 回転速度センサ
１２ アクセル開度センサ
１３ 水温センサ
１４ 吸気温センサ
１５ 吸気圧センサ
１６ 燃圧センサ
１７ 圧縮圧力低減手段
３４ スロットル弁
３５ 吸気遮断弁
３６ 吸気弁特性可変手段
３７ デコンプ装置

Claims (6)

1. 始動時に作動してシリンダ内の圧縮圧力を低減する圧縮圧力低減手段を備えたエンジンにおいて、
   前記シリンダ内の燃焼の可否を判断する燃焼可否判断手段と、
   エンジンを含む原動機に対するトルク要求状況を判定するトルク要求状況判定手段と、
   を備え、
   前記燃焼可否判断手段が燃焼可能と判断し、且つ、トルク要求状況判定手段が前記原動機へのトルク要求状況について所定条件を満たすと判定したきは、エンジン回転速度が前記圧縮圧力低減手段の作動領域であっても、前記圧縮圧力低減手段の作動を停止して燃料噴射を開始するようにしたことを特徴とするエンジンの始動制御装置。
2. 前記所定条件は、前記原動機へのトルク要求値が所定値以上、又は前記原動機へのトルク要求値の変化量が所定値以上であることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの始動制御装置。
3. 前記原動機へのトルク要求値は、アクセル開度に基づいて推定することを特徴とする請求項２に記載のエンジンの始動制御装置。
4. 前記原動機へのトルク要求値の変化量は、アクセル開度の変化量に基づいて推定することを特徴とする請求項２に記載のエンジンの始動制御装置。
5. 前記燃焼可否判断手段は、燃料圧力、冷却水温、吸気温及び吸気圧の少なくとも１つに基づいて燃焼可否を判断することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のエンジンの始動制御装置。
6. 始動時に作動してシリンダ内の圧縮圧力を低減する圧縮圧力低減手段を備えたエンジンを始動するに際し、
   前記シリンダ内の燃焼の可否を判断すると共に、エンジンを含む原動機に対するトルク要求状況を判定し、燃焼可能で、且つ、前記原動機へのトルク要求状況が所定条件を満たすときには、エンジン回転速度が前記圧縮圧力低減手段の作動領域であっても、前記圧縮圧力低減手段の作動を停止して燃料噴射を開始するようにしたことを特徴とするエンジンの始動制御方法。

Images