JP2023100427A - エンジン装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】最初に圧縮上死点を迎える気筒で燃料噴射と点火を行なうエンジン始動において不要な燃料噴射や点火を抑止する。【解決手段】エンジン装置は、筒内噴射弁を有するエンジンと、モータと、エンジンのクランクシャフトとモータとに接続されたクラッチと、クラッチへの油圧回路を有し油圧回路の油圧を制御する油圧制御装置と、エンジンとモータと油圧制御装置とを制御する制御装置と、を備える。制御装置は、クラッチの半係合が開始されるまではエンジンにおける燃料噴射と点火とを禁止する。【選択図】図4
Description
本発明は、エンジン装置に関し、詳しくは、筒内噴射弁を有するエンジンとエンジンの出力軸にクラッチを介して接続されたモータとを備えるエンジン装置に関する。
従来、この種のエンジン装置として、エンジンと、エンジンの出力軸にクラッチを介して接続されたモータと、モータの回転軸と車軸とに接続された自動変速装置とを備えるハイブリッド車が搭載するもの提案されている(例えば、特許文献1参照)。このハイブリッド車では、クラッチを解放した状態でモータによって車両を走行させているとき、クラッチを係合に向けて制御しながらエンジンを始動する。
しかしながら、上述のハイブリッド車が搭載するエンジン装置では、最初に圧縮上死点を迎える気筒で燃料噴射と点火とを行なってエンジンを始動する場合、不要な燃料噴射や点火が行なわれることが生じ、場合によってはエンジンが逆回転する恐れがある。モータによりエンジンをクランキングするときにはクラッチを半係合させる必要があるが、クラッチを半係合させる際には、まずクラッチへの油圧回路に対してファストフィルが行なわれ、若干の定圧待機の後に半係合が開始される。ファストフィルの際に油圧が目標油圧より高くなると予期しないクラッチの半係合の状態となり、エンジンを回転させてしまう。このときの回転によって伝達されるトルクは、クランキング時のトルクほど大きくないため、燃料噴射と点火を行なってもエンジンを始動することは困難となるため、不要な燃料噴射と点火となる。また、エンジンの回転の揺り戻しや点火のタイミングによっては不要な爆発燃焼によりエンジンを逆回転させてしまう場合が生じる。
本発明のエンジン装置は、最初に圧縮上死点を迎える気筒で燃料噴射と点火を行なうエンジン始動において不要な燃料噴射や点火を抑止することを主目的とする。
本発明のエンジン装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明のエンジン装置は、
筒内噴射弁を有するエンジンと、モータと、前記エンジンのクランクシャフトと前記モータとに接続されたクラッチと、前記クラッチへの油圧回路の油圧を制御する油圧制御装置と、前記エンジンと前記モータと前記油圧制御装置とを制御する制御装置と、を備えるエンジン装置であって、
前記制御装置は、前記エンジンを始動するときには、前記クラッチへの前記油圧回路に対してファストフィルを行なって定圧待機した後に前記クラッチを半係合として前記モータにより前記エンジンがクランキングされると共に前記エンジンにおいて最初に圧縮上死点を迎える気筒に対して燃料噴射と点火とを行なって前記エンジンが始動されるように前記エンジンと前記モータと前記油圧制御装置とを制御するものであり、
前記制御装置は、前記クラッチの半係合が開始されるまでは前記エンジンにおける燃料噴射と点火とを禁止する、
ことを特徴とする。
筒内噴射弁を有するエンジンと、モータと、前記エンジンのクランクシャフトと前記モータとに接続されたクラッチと、前記クラッチへの油圧回路の油圧を制御する油圧制御装置と、前記エンジンと前記モータと前記油圧制御装置とを制御する制御装置と、を備えるエンジン装置であって、
前記制御装置は、前記エンジンを始動するときには、前記クラッチへの前記油圧回路に対してファストフィルを行なって定圧待機した後に前記クラッチを半係合として前記モータにより前記エンジンがクランキングされると共に前記エンジンにおいて最初に圧縮上死点を迎える気筒に対して燃料噴射と点火とを行なって前記エンジンが始動されるように前記エンジンと前記モータと前記油圧制御装置とを制御するものであり、
前記制御装置は、前記クラッチの半係合が開始されるまでは前記エンジンにおける燃料噴射と点火とを禁止する、
ことを特徴とする。
本発明のエンジン装置は、筒内噴射弁を有するエンジンと、エンジンの出力軸にクラッチを介して接続されたモータと、エンジンとモータとクラッチとを制御する制御装置と、を備える。制御装置は、エンジンを始動するときには、クラッチへの油圧回路に対してファストフィルを行なって定圧待機した後にクラッチを半係合としてモータによりエンジンがクランキングされると共にエンジンにおいて最初に圧縮上死点を迎える気筒に対して燃料噴射と点火とを行なってエンジンが始動されるようにエンジンとモータと油圧制御装置とを制御する。最初に圧縮上死点を迎える気筒の停止クランク角は、4気筒エンジンであれば圧縮上死点(TDC:Top Dead Center)の前の180度以内となり、6気筒エンジンであれば圧縮上死点の前の120度以内となる。したがって、最初に圧縮上死点を迎える気筒で燃料噴射と点火(初爆)を行なうためには、停止クランク角から圧縮上死点に至るまでの圧縮行程で燃料噴射を行ない、圧縮上死点近傍で点火を行なう。こうしたエンジンの始動の際には、制御装置は、クラッチの半係合が開始されるまではエンジンにおける燃料噴射と点火とを禁止する。したがって、ファストフィルの際に油圧が目標油圧より高くなると予期しないクラッチの半係合の状態となり、エンジンが回転しても燃料噴射と点火は行なわれない。この結果、ファストフィルの際の不要な燃料噴射や点火を抑止することができる。
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施例としてのエンジン装置を搭載するハイブリッド車20の構成の概略を示す構成図である。図2は、ハイブリッド車20が搭載するエンジン22の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド車20は、図1に示すように、エンジン22と、モータ30と、インバータ32と、クラッチK0と、油圧制御装置36と、自動変速装置40と、高電圧バッテリ60と、低電圧バッテリ62と、DC/DCコンバータ64と、ハイブリッド用電子制御ユニット(以下、「HVECU」という)70と、を備える。
エンジン22は、例えばガソリンや軽油などの燃料を用いて吸気、圧縮、膨張(爆発燃焼)、排気の4行程により動力を出力する6気筒の内燃機関として構成されている。図2に示すように、エンジン22は、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁126と、筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁127とを有する。エンジン22は、ポート噴射弁126と筒内噴射弁127とを有することにより、ポート噴射モードと筒内噴射モードと共用噴射モードとのうちの何れかで運転可能となっている。ポート噴射モードでは、エアクリーナ122により清浄された空気を吸気管123に吸入してスロットルバルブ124やサージタンク125を通過させると共に、吸気管123のサージタンク125よりも下流側のポート噴射弁126から燃料を噴射し、空気と燃料とを混合する。そして、この混合気を吸気バルブ128を介して燃焼室129に吸入し、点火プラグ130による電気火花によって爆発燃焼させて、シリンダボア内でそのエネルギにより押し下げられるピストン132の往復運動をクランクシャフト23の回転運動に変換する。筒内噴射モードでは、ポート噴射モードと同様に空気を燃焼室129に吸入し、吸気行程や圧縮行程において筒内噴射弁127から燃料を噴射し、点火プラグ130による電気火花により爆発燃焼させてクランクシャフト23の回転運動を得る。共用噴射モードでは、空気を燃焼室129に吸入する際にポート噴射弁126から燃料を噴射すると共に吸気行程や圧縮行程において筒内噴射弁127から燃料を噴射し、点火プラグ130による電気火花により爆発燃焼させてクランクシャフト23の回転運動を得る。これらの噴射モードは、エンジン22の運転状態に基づいて切り替えられる。燃焼室129から排気バルブ133を介して排気管134に排出される排気は、浄化装置135およびPMフィルタ136を介して外気に排出される。浄化装置135は、排気中の一酸化炭素(CO)や炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOx)の有害成分を浄化する浄化触媒(三元触媒)135aを有する。PMフィルタ136は、セラミックスやステンレスなどにより多孔質フィルタとして形成されており、排気中の煤などの粒子状物質(PM:Particulate Matter)を捕集する。なお、PMフィルタ136に代えて、三元触媒の浄化機能と粒子状物質に対する捕集機能とを組み合わせた四元触媒が用いられるものとしてもよい。
エンジン22は、エンジンECU24により運転制御されている。エンジンECU24は、図示しないが、CPUやROM、RAM、フラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートを有するマイクロコンピュータを備える。エンジンECU24には、エンジン22を運転制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。エンジンECU24に入力される信号としては、例えば、エンジン22のクランクシャフト23の回転位置を検出するクランクポジションセンサ140からのクランク角θcrや、エンジン22の冷却水の温度を検出する水温センサ142からの冷却水温Twを挙げることができる。吸気バルブ128を開閉するインテークカムシャフトの回転位置や排気バルブ133を開閉するエキゾーストカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサ144からのカム角θci,θcoも挙げることができる。スロットルバルブ124のポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサ124aからのスロットル開度THや、吸気管123のスロットルバルブ124よりも上流側に取り付けられたエアフローメータ123aからの吸入空気量Qa、吸気管123のスロットルバルブ124よりも上流側に取り付けられた温度センサ123tからの吸気温Ta、サージタンク125に取り付けられた圧力センサ125aからのサージ圧Psも挙げることができる。排気管134の浄化装置135よりも上流側に取り付けられたフロント空燃比センサ137からのフロント空燃比AF1や、排気管134の浄化装置135とPMフィルタ136との間に取り付けられたリヤ空燃比センサ138からのリヤ空燃比AF2、PMフィルタ136の前後の差圧(上流側と下流側との差圧)を検出する差圧センサ136aからの差圧ΔPも挙げることができる。なお、クランクポジションセンサ140は、周知のように、外周に10度毎の36個の突起から欠け歯として連続する2個の突起を削除してなる34個の突起を有するタイミングロータと、タイミングロータの回転に伴って突起の通過を検出する電磁ピックアップとにより構成されている。
エンジンECU24からは、エンジン22を運転制御するための各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。エンジンECU24から出力される信号としては、例えば、スロットルバルブ124への制御信号や、ポート噴射弁126への制御信号、筒内噴射弁127への制御信号、点火プラグ130への制御信号を挙げることができる。
エンジンECU24は、HVECU70と通信ポートを介して接続されている。エンジンECU24は、クランクポジションセンサ140からのエンジン22のクランク角θcrに基づいてエンジン22の回転数Neを演算している。また、エンジンECU24は、エアフローメータ123aからの吸入空気量Qaとエンジン22の回転数Neとに基づいて負荷率(エンジン22の1サイクルあたりの行程容積に対する1サイクルで実際に吸入される空気の容積の比)KLを演算している。さらに、エンジンECU24は、差圧センサ136aからの差圧ΔPに基づいてPMフィルタ136に堆積した粒子状物質の堆積量としてのPM堆積量Qpmを演算したり、エンジン22の回転数Neや負荷率KLに基づいてPMフィルタ136の温度としてのフィルタ温度Tfを演算したりしている。
図1に示すように、エンジン22のクランクシャフト23には、エンジン22をクランキングするためのスタータモータ25や、エンジン22からの動力を用いて発電するオルタネータ26が接続されている。スタータモータ25およびオルタネータ26は、低電圧バッテリ62と共に低電圧側電力ライン63に接続されており、HVECU70により制御される。
モータ30は、同期発電電動機として構成されており、回転子コアに永久磁石が埋め込まれた回転子と、固定子コアに三相コイルが巻回された固定子とを有する。このモータ30の回転子が固定された回転軸31は、クラッチK0を介してエンジン22のクランクシャフト23に接続されていると共に自動変速機45の入力軸41に接続されている。インバータ32は、モータ30の駆動に用いられると共に高電圧側電力ライン61に接続されている。モータ30は、モータ用電子制御ユニット(以下、「モータECU」という)34によってインバータ32の複数のスイッチング素子がスイッチング制御されることにより、回転駆動される。
モータECU34は、図示しないが、CPUやROM、RAM、フラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートを有するマイクロコンピュータを備える。モータECU34には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。モータECU34に入力される信号としては、例えば、モータ30の回転子(回転軸31)の回転位置を検出する回転位置センサ30aからの回転位置θmや、モータ30の各相の相電流を検出する電流センサからの相電流Iu,Ivを挙げることができる。モータECU34からは、インバータ32への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。モータECU34は、HVECU70と通信ポートを介して接続されている。モータECU34は、回転位置センサ30aからのモータ30の回転子(回転軸31)の回転位置θmに基づいてモータ30の回転数Nmを演算している。
クラッチK0は、例えば油圧駆動の摩擦クラッチとして構成されており、油圧制御装置36により駆動され、エンジン22のクランクシャフト23とモータ30の回転軸31との接続および接続の解除を行なう。油圧制御装置36は、クラッチK0への油圧回路37を有し、油圧回路37の油圧を調節することによりクラッチK0を半係合状態(スリップ係合の状態)としたり完全係合状態としたり解放状態(係合を解除した状態)としたりする。なお、油圧制御装置36はHVECU70により制御される。
自動変速装置40は、トルクコンバータ43と、例えば6段変速の自動変速機45とを有する。トルクコンバータ43は、一般的な流体伝動装置として構成されており、モータ30の回転軸31に接続された入力軸41の動力を自動変速機45の入力軸である変速機入力軸44にトルクを増幅して伝達したり、トルクを増幅することなくそのまま伝達したりする。自動変速機45は、変速機入力軸44と、駆動輪49にデファレンシャルギヤ48を介して連結された出力軸42と、複数の遊星歯車と、油圧駆動の複数の摩擦係合要素(クラッチ,ブレーキ)とを有する。複数の摩擦係合要素は、何れも、ピストン、複数の摩擦係合プレート(摩擦プレートおよびセパレータプレート)、作動油が供給される油室などにより構成される油圧サーボを有する。自動変速機45は、複数の摩擦係合要素の係脱により、第1速から第6速までの前進段や後進段を形成して、変速機入力軸44と出力軸42との間で動力を伝達する。クラッチK0や自動変速機45には、図示しない油圧制御装置により、機械式オイルポンプや電動オイルポンプからの作動油の油圧が調圧されて供給される。油圧制御装置は、複数の油路が形成されたバルブボディや、複数のレギュレータバルブ、複数のリニアソレノイドバルブなどを有する。この油圧制御装置は、HVECU70により制御される。なお、クラッチK0を駆動する油圧制御装置36と自動変速装置40を駆動する油圧制御装置は一体のものとしてもよいし別体のものとしてもよい。
高電圧バッテリ60は、例えば定格電圧が数百V程度のリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、インバータ32と共に高電圧側電力ライン61に接続されている。低電圧バッテリ62は、例えば定格電圧が12Vや14V程度の鉛蓄電池として構成されており、スタータモータ25やオルタネータ26と共に低電圧側電力ライン63に接続されている。DC/DCコンバータ64は、高電圧側電力ライン61と低電圧側電力ライン63とに接続されている。このDC/DCコンバータ64は、高電圧側電力ライン61の電力を低電圧側電力ライン63に電圧の降圧を伴って供給する。
HVECU70は、図示しないが、CPUやROM、RAM、フラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートを有するマイクロコンピュータを備える。HVECU70には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。HVECU70に入力される信号としては、例えば、自動変速装置40の入力軸41に取り付けられた回転数センサ41aからの回転数Ninや、自動変速装置40の変速機入力軸44に取り付けられた回転数センサ44aからの回転数Nmi、自動変速装置40の出力軸42に取り付けられた回転数センサ42aからの回転数Noutを挙げることができる。高電圧バッテリ60の端子間に取り付けられた電圧センサからの高電圧バッテリ60の電圧Vbhや、高電圧バッテリ60の出力端子に取り付けられた電流センサからの高電圧バッテリ60の電流Ibh、低電圧バッテリ62の端子間に取り付けられた電圧センサからの電圧Vblも挙げることができる。イグニッションスイッチ80からのイグニッション信号や、シフトレバー81の操作位置を検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSP、アクセルペダル83の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Acc、ブレーキペダル85の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP、車速センサ87からの車速Vも挙げることができる。
HVECU70からは、各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。HVECU70から出力される信号としては、例えば、スタータモータ25への制御信号や、オルタネータ26への制御信号を挙げることができる。クラッチK0を駆動する油圧制御装置36への制御信号や、自動変速装置40を駆動する油圧制御装置への制御信号、DC/DCコンバータ64への制御信号も挙げることができる。HVECU70は、エンジンECU24やモータECU34と通信ポートを介して接続されている。HVECU70は、回転数センサ41aからの自動変速装置40の入力軸41の回転数Ninを回転数センサ42aからの自動変速装置40の出力軸42の回転数Noutで除して自動変速装置40の回転数比Gtを演算している。
こうして構成された実施例のハイブリッド車20では、HVECU70とエンジンECU24とモータECU34との協調制御により、ハイブリッド走行モード(HV走行モード)や電動走行モード(EV走行モード)で走行するように、エンジン22とクラッチK0とモータ30と自動変速装置40とを制御する。ここで、HV走行モードは、クラッチK0を係合状態としてエンジン22の動力を用いて走行するモードであり、EV走行モードは、クラッチK0を解放状態としてエンジン22の動力を用いずに走行するモードである。
HV走行モードやEV走行モードにおける自動変速装置40の制御では、HVECU70は、最初に、アクセル開度Accおよび車速Vに基づいて自動変速機45の目標変速段M*を設定する。そして、自動変速機45の変速段Mと目標変速段M*とが一致するときには、変速段Mが保持されるように自動変速機45を制御する。一方、変速段Mと目標変速段M*とが異なるときには、変速段Mが目標変速段M*に一致するように自動変速機45を制御する。
HV走行モードにおけるエンジン22およびモータ30の制御では、HVECU70は、最初に、アクセル開度Accおよび車速Vに基づいて走行に要求される(自動変速装置40の出力軸42に要求される)要求トルクTout*を設定する。続いて、出力軸42の要求トルクTout*を自動変速装置40の回転数比Gtで除した値を入力軸41の要求トルクTin*に設定する。こうして入力軸41の要求トルクTin*を設定すると、要求トルクTin*が入力軸41に出力されるようにエンジン22の目標トルクTe*やモータ30のトルク指令Tm*を設定し、エンジン22の目標トルクTe*をエンジンECU24に送信すると共にモータ30のトルク指令Tm*をモータECU34に送信する。エンジンECU24は、目標トルクTe*を受信すると、エンジン22が目標トルクTe*で運転されるようにエンジン22の運転制御(吸入空気量制御や燃料噴射制御、点火制御など)を行なう。モータECU34は、トルク指令Tm*を受信すると、モータ30がトルク指令Tm*で駆動されるようにインバータ32の複数のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。
EV走行モードにおけるモータ30の制御では、HVECU70は、HV走行モードと同様に入力軸41の要求トルクTin*を設定し、要求トルクTin*が入力軸41に出力されるようにモータ30のトルク指令Tm*を設定してモータECU34に送信する。モータECU34は、トルク指令Tm*を受信すると、モータ30がトルク指令Tm*で駆動されるようにインバータ32の複数のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。
なお、実施例では、エンジン装置としては、エンジン22と、クラッチK0と、油圧制御装置36と、モータ30と、HVECU70と、エンジンECU24と、モータECU34とが相当する。
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド車20の動作、特に、エンジン22を間欠運転している際のエンジン22の始動の際の動作について説明する。エンジン22を間欠運転している際のエンジン22の始動は、実施例では、基本的には、クラッチK0を半係合(スリップ係合)させてモータ30からの目標クランキングトルクTcr*を出力してエンジン22をクランキングし、最初に圧縮上死点(TDC:Top Dead Center)を迎える気筒で最初の燃料噴射と点火(初爆)を行なう。図3は、エンジンECU24やHVECU70により実行される始動時処理の一例を示すフローチャートである。
始動時処理が実行されると、まず、燃料噴射と点火とを禁止する(ステップS100)。燃料噴射と点火の禁止は、例えばHVECU70により燃料噴射点火許否フラグFに値1をセットすることにより行なう。実施例では、HVECU70から燃料噴射点火許否フラグFがエンジンECU24に送信され、エンジンECU24は送信された燃料噴射点火許否フラグFが値1のときには燃料噴射と点火は行なわず、燃料噴射点火許否フラグFが値0のときに燃料噴射と点火とを行なうことにより実行することができる。
続いて、クラッチK0への油圧回路37のファストフィルを行ない(ステップS110)、定圧待機を実行する(ステップS120)。ファストフィルは、クラッチK0の駆動を迅速に行なうためにクラッチK0への油圧回路37や図示しないシリンダなどに作動油を予めパック詰めするものである。実施例では、クラッチK0への油圧回路37の目標油圧Poil*を高めることにより行なう。定圧待機は、クラッチK0への油圧回路37の油圧をクラッチK0に係合力(摩擦力)が生じない程度の油圧となるようにして待機するものである。実施例では、ファストフィルより若干小さい目標油圧Poil*とすることにより行なう。
定圧待機の状態に至ると、クラッチK0を半係合(スリップ係合)させてモータ30から目標クランキングトルクTcr*を出力してエンジン22のクランキングを開始すると共に(ステップS130)、同時に、燃料噴射点火許否フラグFを値0として燃料噴射と点火の禁止を解除する(ステップS140)。値0がセットされた燃料噴射点火許否フラグFはHVECU70からエンジンECU24に送信されるから、これによりエンジンECU24による燃料噴射と点火とが開始される。エンジン22のクランキングは、HVECU70からクラッチK0が半係合(スリップ係合)となるように制御信号を油圧制御装置36に送信すると共に、入力軸41に要求される要求トルクTin*と目標クランキングトルクTcr*との和のトルクをモータ30のトルク指令Tm*としてモータECU34に送信することにより行なわれる。なお、制御信号を受信した油圧制御装置36は、クラッチK0がスリップしながら目標クランキングトルクTcr*を伝達することができるように予め定めた油圧に目標油圧Poil*を調整する。トルク指令Tm*を受信したモータECU34は、モータ30からトルク指令Tm*が出力されるようにインバータ32の図示しないスイッチング素子をスイッチング制御する。目標クランキングトルクTcr*は、実施例では、圧縮行程で停止している気筒を圧縮上死点を超えさせるのに十分なトルクが用いられ、停止クランク角θstopとエンジン22を停止してからの経過時間とに基づいて設定される。停止クランク角θstopに基づくのは、圧縮行程で停止している気筒内の圧力を考慮するためであり、エンジン22を停止してからの経過時間に基づくのは、圧縮行程で停止している気筒内の圧力が時間の経過につれて低下することを考慮するためである。
続いて、エンジン22を停止してからの経過時間Tstopや停止クランク角θstop(ピストン132の位置)、吸気バルブ128を閉じるタイミングのインテークマニホールドの圧力(インマニ圧)Pinに基づいて最初に圧縮上死点を迎える気筒での燃料噴射量Fiを設定する(ステップS150)。燃料噴射量Fiをエンジン22を停止してからの経過時間Tstopに基づいて設定するのは、最初に圧縮上死点を迎える気筒内の空気量はエンジン22を停止してからの経過時間Tstopが長いほど少なくなることに基づいている。燃料噴射量Fiを停止クランク角θstop(ピストン132の位置)に基づいて設定するのは、ピストン132の位置が圧縮上死点に近いほど気筒内の圧力が高くなってピストンリングから空気が抜けやすくなることに基づいている。燃料噴射量Fiをインマニ圧Pinに基づいて設定するのは、インマニ圧Pinが大きいほど気筒内の空気量が多くなることに基づいている。初爆で良好な始動性を得るためには、最初に圧縮上死点を迎える気筒に対する料噴射量Fiとしては、エンジン22を停止してからの経過時間Tstopが長いほど少なくなるように、停止クランク角θstop(ピストン132の位置)が圧縮上死点に近いほど少なくなるように、インマニ圧Pinが大きいほど大きくなるように設定するのが好ましい。
上述の燃料噴射量Fiの設定と共に、停止クランク角θstopと目標クランキングトルクTcr*とモータ30の回転数Nmgとに基づいて点火時期Tiを設定する(ステップS160)。最初に燃料噴射と点火とを行なう気筒では、停止クランク角θstopがその圧縮上死点より遠い(BTDCとして大きい)ほど、その気筒内の空気量が多くなる。気筒内の空気量が多いと初爆の際のショックが大きくなるため、ショックを低減するために点火時期を遅角するのが好ましい。したがって、実施例では、点火時期Tiを、点火が可能な遅角限界の範囲内で停止クランク角θstopが圧縮上死点より遠い(BTDCとして大きい)ほど遅角するように設定する。目標クランキングトルクTcr*は、上述したように、最初に圧縮上死点を迎える気筒内の空気量が多いほど大きくなるように設定される。したがって、実施例では、点火時期Tiを、点火が可能な遅角限界の範囲内で目標クランキングトルクTcr*が大きいほど遅角するように設定する。迅速にエンジン22を始動してクラッチK0を介してエンジン22からの動力を用いて走行するためには、エンジン22の回転数Neを迅速にモータ30の回転数Nmgに略一致するように制御し、クラッチK0を係合する必要がある。モータ30の回転数Nmgが大きいとエンジン22の始動直後の回転数Neをモータ30の回転数Nmgに略一致させるのに時間を要するから、初爆でもエンジン22のトルクを大きくしてエンジン22の回転数Neの上昇を図るのが好ましい。したがって、実施例では、点火時期Tiを、モータ30の回転数Nmgが大きいほど進角するように設定する。これらのことから、点火時期Tiは、実施例では、停止クランク角θstopと目標クランキングトルクTcr*とモータ30の回転数Nmgと点火時期Tiとの関係を実験や解析、機械学習などにより予め定めて初爆用点火時期設定用マップとして記憶しておき、停止クランク角θstopと目標クランキングトルクTcr*とモータ30の回転数Nmgとが与えられるとマップから対応する点火時期Tiを導出することにより設定するものとした。なお、基本的な点火時期として圧縮上死点近傍の時期、例えばATDC5(after TDC 5度)に対して停止クランク角θstopと目標クランキングトルクTcr*とモータ30の回転数Nmgによる進角・遅角を行なうことにより点火時期を設定するものとしてもよい。
こうして燃料噴射量Fiと点火時期Tiとを設定すると、設定した燃料噴射量Fiを圧縮上死点に至るまでのタイミングで筒内噴射弁127から噴射する燃料噴射と設定した点火時期Tiでの点火とを実施する(ステップS170)。
図4は、エンジン22の始動時におけるクラッチK0の制御フェーズとクラッチK0への油圧回路37の目標油圧Poil*、エンジン22の回転数Ne、始動要求、燃料噴射・点火の許否の時間変化を示す説明図である。エンジン22の始動要求がオンとなる時間T1でクラッチK0の制御フェーズは待機となると共に燃料噴射点火許否フラグFに値1がセットされて燃料噴射と点火とが禁止される。その後の僅かの時間経過後の時間T2にクラッチK0の制御フェーズがファストフィル(図中、「FF」と表記)となり、油圧回路37の目標油圧Poil*にファストフィル用の油圧(ファストフィル後の定圧待機の油圧より若干高い油圧)がセットされる。このとき、燃料噴射点火許否フラグFに値1がセットされて燃料噴射と点火とが禁止された状態であるから、ファストフィルの最中に油圧が予期せずに目標油圧Poil*より高くなってエンジン22を回転させても燃料噴射や点火は行なわれない。その後、時間T3にクラッチK0の制御フェーズが定圧待機となると、油圧回路37の目標油圧Poil*には定圧待機用の油圧(クラッチK0に係合力(摩擦力)が作用しない程度の油圧)がセットされる。更にその後、時間T4にクラッチK0の制御フェーズが半係合(クランキング)になると、油圧回路37の目標油圧Poil*には半係合(スリップ係合)用の油圧(クラッチK0に係合力(摩擦力)が作用する程度の油圧)がセットされと同時に燃料噴射点火許否フラグFに値0がセットされて燃料噴射と点火の禁止が解除される。その後、最初に圧縮上死点を迎える気筒の圧縮上死点までに燃料噴射がおこなわれ圧縮上死点近傍の時間T5で点火が行なわれて初爆が生じる。
続いて、2番目以降に圧縮上死点を迎える気筒への制御を実施し(ステップS180)、本処理を終了する。2回目以降に圧縮上死点を迎える気筒への制御としては、エンジン22の回転数Neがモータ30の回転数Nmgに近づくように燃料噴射量Fiと点火時期Tiとを設定して実施し、クラッチK0の半係合(スリップ係合)を継続した状態で或いはクラッチK0の半係合(スリップ係合)を解除した状態でエンジン22の回転数Neがモータ30の回転数Nmgに同期するようにエンジン22を制御し、エンジン22の回転数Neがモータ30の回転数Nmgに同期したときにクラッチK0を完全係合としてエンジン22の始動処理を終了する。
以上説明した実施例のハイブリッド車20が搭載するエンジン装置では、間欠停止しているエンジン22を始動するときには、燃料噴射と点火とを禁止した状態でクラッチK0に対するファストフィルと定圧待機と実行し、クラッチK0を半係合(スリップ係合)させてモータ30によるエンジン22のクランキングを開始すると同時に燃料噴射と点火の禁止を解除することにより、ファストフィルの最中に油圧が予期せずに目標油圧Poil*より高くなってエンジン22が回転したときでも燃料噴射や点火が行なわれるのを抑止することができる。この結果、最初に圧縮上死点を迎える気筒で燃料噴射と点火を行なうエンジン22の始動において不要な燃料噴射や点火を抑止することができる。
実施例のハイブリッド車20が搭載するエンジン装置では、クラッチK0を半係合(スリップ係合)させてモータ30からの目標クランキングトルクTcr*を出力してエンジン22のクランキングを開始してエンジン22を始動する際に、最初に圧縮上死点を迎える気筒で燃料噴射と点火(初爆)を行なうときには、エンジン22を停止してからの経過時間Tstopが長いほど少なくなるように、停止クランク角θstop(ピストン132の位置)が圧縮上死点に近いほど少なくなるように、インマニ圧Pinが大きいほど大きくなるように燃料噴射量Fiを設定する。これにより、最初に圧縮上死点を迎える気筒に対する燃料噴射量をより適正なものとし、エンジン22の始動性を良好なものとすることができる。また、エンジン22を始動する際に、最初に圧縮上死点を迎える気筒で燃料噴射と点火(初爆)を行なうときには、停止クランク角θstopが圧縮上死点より遠い(BTDCとして大きい)ほど遅角するように、目標クランキングトルクTcr*が大きいほど遅角するように、モータ30の回転数Nmgが大きいほど進角するように、点火時期Tiを設定する。これにより、エンジン22を迅速に始動することができると共に、初爆のショックを抑制することができる。この結果、エンジン22の良好な始動性とエンジン22の始動時に生じ得るショックの抑制との両立を図ることができる。
実施例のハイブリッド車20が搭載するエンジン装置では、最初に圧縮上死点を迎える気筒で燃料噴射と点火(初爆)を行なうときには、エンジン22を停止してからの経過時間Tstopが長いほど少なくなるように、停止クランク角θstop(ピストン132の位置)が圧縮上死点に近いほど少なくなるように、インマニ圧Pinが大きいほど大きくなるように燃料噴射量Fiを設定するものとした。しかし、最初に圧縮上死点を迎える気筒で燃料噴射と点火(初爆)を行なうときには、インマニ圧Pinには基づかず、エンジン22を停止してからの経過時間Tstopと停止クランク角θstop(ピストン132の位置)に基づいて燃料噴射量Fiを設定するものとしてもよい。この場合、インマニ圧Pinとして大きめの値を初期値として用いた実線Fi(1)や実線Fi(2)を用いて燃料噴射量Fiを設定すればよい。また、停止クランク角θstop(ピストン132の位置)には基づかず、エンジン22を停止してからの経過時間Tstopとインマニ圧Pinに基づいて燃料噴射量Fiを設定するものとしてもよい。この場合、図5中、ピストン132が圧縮上死点から離れた位置で停止したときの燃料噴射量Fiを示す実線Fi(1)を用いて燃料噴射量Fiを設定すればよい。さらに、エンジン22を停止してからの経過時間Tstopにのみ基づいて燃料噴射量Fiを設定するものとしてもよい。この場合、インマニ圧Pinとして大きめの値を初期値とした実線Fi(1)を用いて燃料噴射量Fiを設定すればよい。
実施例のハイブリッド車20では、6段変速の自動変速機45を備えるものとした。しかし、4段変速や5段変速、8段変速などの自動変速機を備えるものとしてもよい。
実施例のハイブリッド車20では、エンジンECU24とモータECU34とHVECU70とを備えるものとした。しかし、これらのうちの少なくとも2つを一体に構成するものとしてもよい。
実施例のエンジン装置では、ハイブリッド車20に搭載されるものとしたが、車両以外の移動体に搭載されるものとしたり、設備に組み込まれるものとしてよい。
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン22が「エンジン」に相当し、クラッチK0が「クラッチ」に相当し、油圧制御装置36が「油圧制御装置」に相当し、モータ30が「モータ」に相当し、HVECU70とエンジンECU24とモータECU34とが「制御装置」に相当する。
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、エンジン装置の製造産業などに利用可能である。
20 ハイブリッド車、22 エンジン、23 クランクシャフト、24 エンジンECU、25 スタータモータ、26 オルタネータ、30 モータ、30a 回転位置センサ、31 回転軸、32 インバータ、34 モータECU、36 油圧制御装置、37 油圧回路、40 自動変速装置、41 入力軸、41a 回転数センサ、42 出力軸、42a 回転数センサ、43 トルクコンバータ、44 変速機入力軸、44a 回転数センサ、45 自動変速機、48 デファレンシャルギヤ、49 駆動輪、60 高電圧バッテリ、61 高電圧側電力ライン、62 低電圧バッテリ、63 低電圧側電力ライン、64 DC/DCコンバータ、70 HVECU、80 イグニッションスイッチ、81 シフトレバー、82 シフトポジションセンサ、83 アクセルペダル、84 アクセルペダルポジションセンサ、85 ブレーキペダル、86 ブレーキペダルポジションセンサ、87 車速センサ、122 エアクリーナ、123 吸気管、123a エアフローメータ、123t 温度センサ、124 スロットルバルブ、124a スロットルバルブポジションセンサ、125 サージタンク、125a 圧力センサ、126 ポート噴射弁、127 筒内噴射弁、128 吸気バルブ、129 燃焼室、130 点火プラグ、132 ピストン、133 排気バルブ、134 排気管、135 浄化装置、135a 浄化触媒、136 PMフィルタ、136a 差圧センサ、137 フロント空燃比センサ、138 リヤ空燃比センサ、140 クランクポジションセンサ、142 水温センサ、144 カムポジションセンサ、K0 クラッチ。
Claims (1)
- 筒内噴射弁を有するエンジンと、モータと、前記エンジンのクランクシャフトと前記モータとに接続されたクラッチと、前記クラッチへの油圧回路を有し前記油圧回路の油圧を制御する油圧制御装置と、前記エンジンと前記モータと前記油圧制御装置とを制御する制御装置と、を備えるエンジン装置であって、
前記制御装置は、前記エンジンを始動するときには、前記クラッチへの前記油圧回路に対してファストフィルを行なって定圧待機した後に前記クラッチを半係合として前記モータにより前記エンジンがクランキングされると共に前記エンジンにおいて最初に圧縮上死点を迎える気筒に対して燃料噴射と点火とを行なって前記エンジンが始動されるように前記エンジンと前記モータと前記油圧制御装置とを制御するものであり、
前記制御装置は、前記クラッチの半係合が開始されるまでは前記エンジンにおける燃料噴射と点火とを禁止する、
ことを特徴とするエンジン装置。
Priority Applications (1)
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2022
- 2022-01-06 JP JP2022001107A patent/JP2023100427A/ja active Pending
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