JP2019018644A - 回転電機の制御装置、車両 - Google Patents

Abstract

【課題】噴射終了限界以降にポート噴射弁から噴射された燃料が燃焼室内に供給されず、運転者の加速要求に応えることが困難となる状況であっても、運転者の意図に沿う安定した加速を出力することが可能な回転電機の制御装置を提供する。【解決手段】１燃焼サイクル内にポート噴射弁（２９）により噴射された燃料が燃焼室（２０）内に吸入される限界時期としての噴射終了限界を設定する噴射終了限界設定部と、要求噴射時間のうち噴射終了限界設定部により設定された噴射終了限界以降に噴射される時間である限界以降噴射時間を算出する限界以降噴射時間算出部と、限界以降噴射時間算出部により算出された限界以降噴射時間に基づいて、回転電機（４）が出力軸（７）に対して付与する回転トルクの量を変更する回転電機制御部と、を備える回転電機の制御装置（７０、５０）。【選択図】 図１

Description

内燃機関に搭載された回転電機の駆動を制御する回転電機の制御装置に関する。

一般に、インジェクタにより吸気ポートへ燃料を噴射すること（以下「ポート噴射」と呼称）により、空気と燃料とを十分に混合させて均質性の高い燃焼を実現することができる。このようなポート噴射式の内燃機関に適用される燃料の噴射制御として、例えば特許文献１に開示される技術がある。

特許文献１では、エンジン回転数、スロットル開度、及び各種センサ情報に基づいて、第１回目の燃料噴射量に対応する燃料噴射時間を計算し、これに従ってインジェクタに燃料噴射を開始させる。このとき、エンジン回転数が低回転域にある場合には、インジェクタによる燃料噴射の実施中に、所定期間内における所定のタイミングで再び、エンジン回転数、スロットル開度、各種センサ情報を読み込む。読み込んだエンジン回転数、スロットル開度、各種センサ情報に基づいて、第２回目の燃料噴射時間を計算する。そして、インジェクタにより燃料が噴射される燃料噴射時間が、第１回目の燃料噴射時間から第２回目の燃料噴射時間に更新される。これにより、例えば第１回目の燃料噴射時間を決定した後にスロットル開度が急に開かれたなどにより、より多くの燃料噴射が必要になっても、その不足分を即座に供給することができるとしている。

特開２００５−２３２９７８号公報

ところで、ポート噴射式の内燃機関では、インジェクタから噴射された燃料が燃焼室内に供給されるまでに時間を要する。このため、吸気弁が閉じるタイミングよりも前に、インジェクタにより噴射された燃料が内燃機関の燃焼室内に吸入される限界となる噴射終了タイミング（以降、噴射終了限界と呼称）が存在する。すなわち、噴射終了限界以降にインジェクタにより噴射された燃料は、燃焼室内に吸入されない。この点、特許文献１に記載の噴射制御を実施した場合に、スロットル開度が急に開かれた時に計算された第２回目の燃料噴射時間が噴射終了限界を超えるほど長い時間となる可能性がある。この場合、噴射終了限界以降に噴射された燃料は燃焼室内に供給されず、運転者の加速要求に応えられないおそれがあり車両の加速にバラツキが発生する。

また、内燃機関の出力軸であるクランク軸に回転トルクを付与可能とする回転電機を設け、スロットル開度が急に開かれた時に、回転電機がクランク軸に回転トルクを付与する付与制御を付加することも考えられている。しかし、この場合にも第２回目の燃料噴射時間が噴射終了限界を越えるほど長い時間の場合と、越えない場合と、では、クランク軸の回転トルク出力に差が発生し、車両の加速にバラツキが発生する。

特に、付与制御を実施する場合、第２回目の燃料噴射時間が噴射終了限界を超えることがなくても、スロットル開度に基づいて回転電機により出力軸に付与される回転トルクが大きくされると、その結果として運転者が要求するトルクよりも大きなトルクが出力軸に生じるおそれがある。その一方で、第２回目の燃料噴射時間が噴射終了限界を超える場合に、それを考慮せずにスロットル開度に基づいて回転電機により出力軸に付与される回転トルクが大きくされると、出力軸に生じるトルクが運転者の要求するトルクよりもまだ小さく不十分となる可能性がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、噴射終了限界以降にポート噴射弁から噴射された燃料が燃焼室内に供給されず、運転者の加速要求に応えることが困難となる状況であっても、運転者の意図に沿う安定した加速を出力することが可能な回転電機の制御装置を提供することにある。

本発明は、内燃機関用回転電機の制御装置であって、空気及び燃料の混合気を燃焼させる燃焼室と、前記燃焼室に接続されたポートに燃料を噴射するポート噴射弁とを備える内燃機関と、前記内燃機関の出力軸に対して回転トルクを付与可能とする回転電機と、前記内燃機関に備わるスロットル弁を制御することで、前記内燃機関の出力を制御するスロットル操作部材と、前記スロットル弁の開度量を検出する開度量検出部と、前記開度量検出部により検出された前記スロットル弁の前記開度量に基づいて、１燃焼サイクルあたりに前記ポート噴射弁が前記燃料を噴射する時間の要求値である要求噴射時間を算出する要求噴射時間算出部と、を備える車両に適用され、前記１燃焼サイクル内に前記ポート噴射弁により噴射された燃料が前記燃焼室内に吸入される限界時期としての噴射終了限界を設定する噴射終了限界設定部と、前記要求噴射時間算出部により算出された前記要求噴射時間のうち前記噴射終了限界設定部により設定された前記噴射終了限界以降に噴射される時間である限界以降噴射時間を算出する限界以降噴射時間算出部と、前記限界以降噴射時間算出部により算出された前記限界以降噴射時間に基づいて、前記回転電機が前記出力軸に対して付与する前記回転トルクの量を変更する回転電機制御部と、を備える。

ポート噴射弁を備える内燃機関では、ポート噴射弁から噴射された燃料が燃焼室内に供給されるまでに時間を要するため、燃焼室内に燃料が吸入される限界の噴射終了時期（以降、噴射終了限界と呼称）が存在する。噴射終了限界以降にポート噴射弁から燃料が噴射される場合には、噴射された燃料は燃焼室内に供給されないため、運転者の加速要求に応えられないおそれがある。したがって、本回転電機の制御装置に備わる噴射終了限界設定部により、噴射終了限界が設定される。そして、スロットル弁の開度量に基づいて算出された要求噴射時間のうち噴射終了限界以降に噴射される時間（以降、限界以降噴射時間と呼称）が、限界以降噴射時間算出部により算出される。このとき算出された限界以降噴射時間の長さによって、ドライバが要求しているトルク量に対して内燃機関の出力が不足することになる。つまり限界以降噴射時間の長さによって出力トルク量の大きさが異なるため、限界以降噴射時間に基づいて、回転電機が出力軸に対して付与する回転トルクの量が変更される。これにより、運転者が要求しているトルクと、内燃機関からの出力トルクと回転電機からの付与から実際に出力軸に出力されるトルクと、の乖離量を少なく抑えることができ、運転者の意図に沿う安定した加速を出力することが可能となる。

本実施形態に係る自動二輪車の概略構成図である。 本実施形態に係るエンジンの概略構成図である。 本実施形態に係るインバータの概略構成図である。 インジェクタにより噴射された燃料が吸気バルブまで流れる行程を模式的に示した図である。 吸気バルブが閉じるよりも前に噴射終了限界が存在することを模式的に示した図である。 噴射終了限界以降にインジェクタから燃料が噴射されたことで、運転者が要求しているトルクと、実際にシャフトに出力されるトルクと、に差が生じることを示した図である。 噴射終了限界が変動する複数の要因について説明した図である。 インジェクタにおいて、燃焼室側の端面を燃焼室側から見た平面図である。 限界以降噴射時間の長さと、モータジェネレータによるアシスト量と、の関係を示す図である。 本アシスト制御を実施する際のＰＷＭパルスの制御方法を模式的に示した図である。 本実施形態に係る電子制御ユニットにより実施される制御フローチャートである。 本実施形態に係る制御回路により実施される制御フローチャートである。 要求噴射時間に対する限界以降噴射時間の割合と、モータジェネレータによるアシスト量と、の関係を示す図である。

図１に、自動二輪車（車両に該当）の構成を示す。この自動二輪車には、エンジン（内燃機関に該当）１０とモータジェネレータ（回転電機に該当）４が備わっており、エンジン１０及びモータジェネレータ４の駆動力が、クランク軸（出力軸に該当）９及び動力伝達装置３（本実施形態ではベルトを想定している）を介して、駆動輪８へと伝達される。

モータジェネレータ４は、クランク軸９に回転トルクを付与するモータ機能に加えて、エンジン１０のクランク軸９から伝達される回転トルクにより発電を行う発電機能を有している。モータジェネレータ４において発電された交流電力は、インバータ５によって直流電力に変換され、バッテリ６に充電される。また、バッテリ６に充電された電力は、インバータ５によって交流電力に変換されモータジェネレータ４に供給される。

エンジン１０の概略制御構成を、図２を参照して説明する。なお本実施形態では、単気筒、且つ、吸気、圧縮、膨張、排気の４行程を、１燃焼サイクルとして運転される４ストロークのガソリンエンジンを想定している。自動二輪車においては、シートの下方にエンジン１０が搭載され、そのエンジン１０がシュラウド（カバー部材）により覆われる構成となっている。

エンジン１０の本体部を構成するシリンダブロック１１の内部には、燃焼室２０及びウォータージャケット２１が形成されている。シリンダブロック１１は、ピストン３６を往復移動可能に収容するように設けられている。ウォータージャケット２１は、冷却液（冷却水ともいう）が通流可能な空間であって、燃焼室２０の周囲を取り囲むように設けられている。つまり、本実施形態に係るエンジン１０は水冷式エンジンである。

シリンダブロック１１の上部であるシリンダヘッドには、吸気ポート（ポートに該当）３０及び排気ポート３１が、燃焼室２０と連通可能に形成されている。また、シリンダヘッドには、吸気ポート３０と燃焼室２０との連通状態を制御するための吸気バルブ３２と、排気ポート３１と燃焼室２０との連通状態を制御するための排気バルブ４０と、が設けられている。

吸気ポート３０には、吸気通路１２が接続されている。この吸気通路１２には、上流側から順に、エアクリーナ１４、スロットル弁１６、スロットル弁１６の開度量を検出するためのスロットルセンサ（開度量検出部に該当）１７、吸気通路１２の圧力（吸気圧）を検出する吸気圧センサ１８が設けられている。スロットル弁１６は、その開度量が調節されることで、エンジン１０の燃焼室２０への吸気量を調節するための部材である。スロットル弁１６の開度量は、ユーザによって操作されるスロットルグリップ（スロットル操作部材に該当）３８ａの操作に応じて調節される。

また吸気通路１２には、スロットル弁１６の上流側と下流側とが連通するようにバイパス通路２２が接続されている。バイパス通路２２には、エンジン１０のアイドル運転時におけるエンジン回転速度を制御すべく、バイパス通路２２を流れる吸気量を調節する電磁弁２４が設けられている。

吸気通路１２のうち、吸気圧センサ１８の下流側の吸気ポート３０近傍には、燃料ポンプ２６によって燃料タンク２８から汲み上げられた燃料を、上記吸気ポート近傍に噴射供給する燃料噴射弁（ポート噴射弁に該当）２９が設けられている。燃料噴射弁２９から噴射供給された燃料と吸気との混合気は、吸気バルブ３２の開動作によって燃焼室２０に供給される。

燃焼室２０に供給された混合気は、燃焼室２０に突出する点火プラグ３４の放電火花によって着火され、燃焼に供される。混合気の燃焼によって発生するエネルギは、ピストン３６を介してエンジン１０の出力軸（クランク軸９）の回転エネルギとして取り出される。なお、点火プラグ３４には、点火装置としての点火コイル３５により点火用の高電圧が印加される。燃焼に供された混合気は、排気バルブ４０の開動作によって、排気として排気通路４４に排出される。

クランク軸９には、モータジェネレータ４が取り付けられており、回転子の外周にクランク位置信号用の突起を備えた磁石式発電機ロータ９１（以下ロータ９１と記す）が取り付けられている。ロータ９１は、その外周部が被検出部分となっており、その外周部には所定の回転角度ごとに複数の突起９２が設けられている。また、ロータ９１の外周部には、等間隔で配置される複数の突起９２の１つ（又は２つ）を欠落させることで、基準位置としての欠歯部（図示略）が設けられている。本実施形態では、突起９２は基本的に３０°ＣＡで等間隔に設けられ、欠歯部でのみ６０°ＣＡ間隔となっている。なお、突起９２の数及び間隔は任意であり、１５°ＣＡ間隔とする構成、又は６０°ＣＡ間隔とする構成であってもよい。

エンジン１０のシリンダブロック１１には、ロータ９１の外周（突起９２）に対向する位置に、回転検出センサとしてのクランク角センサ（回転速度取得部に該当）６０が設けられている。より具体的には、クランク角センサ６０は、シリンダブロック１１のクランクケース部に設けられている。クランク角センサ６０は、公知の電磁ピックアップ方式のセンサである。

ロータ９１は、クランク軸９の回転に連動して回転される。ロータ９１の外周にある突起９２がクランク角センサ６０の位置を通過することで、クランク角センサ６０は、突起９２の通過を検出し、所定の回転角度周期で交流信号（回転角信号）を出力する。なお、クランク角センサ６０は、シリンダブロック１１（エンジン本体）に直接搭載されるもの以外に、エンジン近傍に設けられた発電機（ＡＣＧ）のステータコイルのベースに取り付けられ、そのＡＣＧのロータの回転を検出するセンサや、クランクケースカバー側に取り付けられているクランク角センサであってもよい。

クランク角センサ信号と吸気圧センサ信号で公知の方法でエンジンの行程が判定され、エンジン行程の各位置がクランク信号番号（図５のＮ信号番号）で対応付けられ、各種制御に使用される。例えば、圧縮行程はＮ信号番号の０〜５に対応し、爆発行程はＮ信号番号の６〜１０に対応し、排気行程はＮ信号番号の１２〜１７に対応し、吸気行程はＮ信号番号の１８〜２２に対応している。Ｎ信号番号が２２を超えると、Ｎ信号番号は０にリセットされる。

排気通路４４には、排気中のＮＯｘ、ＨＣ及びＣＯ等を浄化する三元触媒４６が設けられている。三元触媒４６の上流側には、排気中の酸素濃度に応じて２値的に出力値を変化させる酸素濃度センサ（以下、Ｏ２センサ４８）が設けられている。

制御部７０は、いわゆるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であって、上述した各種センサの出力に基づいて取得したエンジン１０の運転状態に応じた要求噴射時間を算出して、燃料噴射弁２９の燃料噴射を制御するとともに、点火プラグ３４の点火時期を制御する。したがって、制御部７０（回転電機の制御装置に該当）は、要求噴射時間算出部と、噴射制御部と、に該当する。また、制御部７０（回転電機の制御装置に該当）は、要求噴射時間算出部、噴射終了限界設定部、限界以降噴射時間算出部、回転電機制御部、補正部、及び判定部に該当する。

燃料噴射制御の詳細を説明する。燃料噴射制御では、制御部７０は、クランク角センサ６０により検出されるクランク軸９の回転速度と、スロットルセンサ１７により検出されるスロットル弁１６の開度量（エンジン負荷と換言してもよい）と、に基づいて要求噴射量を算出する。制御部７０は、算出した要求噴射量に基づいて噴射パルス幅（噴射時間）を算出し、その噴射パルス幅に基づき生成された噴射パルスで燃料噴射弁２９を開弁駆動して要求噴射量分の燃料を噴射させる。

インバータ５の概略構成を、図３を参照して説明する。

インバータ５は、Ｕ相モジュール５１ｕと、Ｖ相モジュール５１ｖと、Ｗ相モジュール５１ｗと、制御回路５０と、により構成されている。このインバータ５の各相モジュール５１ｕ，５１ｖ，５１ｗは、モータジェネレータ４の固定子４１に巻かれたＵ相巻線４１ｕ、Ｖ相巻線４１ｖ、Ｗ相巻線４１ｗにそれぞれ接続されている。

Ｕ相モジュール５１ｕには、ＭＯＳＦＥＴであるＵ相上アームスイッチング素子５２ｕとＵ相下アームスイッチング素子５３ｕとが実装されている。Ｕ相上アームスイッチング素子５２ｕのソースとＵ相下アームスイッチング素子５３ｕのドレインとが接続されており、その接続点にはＵ相巻線４１ｕの第１端が接続されている。一方、Ｕ相巻線４１ｕの第２端は中性点４２に接続されている。加えて、Ｕ相上アームスイッチング素子５２ｕのドレインはバッテリ６の正極に接続されており、Ｕ相下アームスイッチング素子５３ｕのソースはバッテリ６の負極に接続されている。Ｕ相上アームスイッチング素子５２ｕ及びＵ相下アームスイッチング素子５３ｕには、それぞれ、Ｕ相上アームダイオード５４ｕ及びＵ相下アームダイオード５５ｕが逆方向に並列接続されている。これらＵ相上アームスイッチング素子５２ｕ及びＵ相下アームスイッチング素子５３ｕは、インバータ５に備わる制御回路５０により、開閉状態が制御される。制御回路５０の制御状態は、制御部７０により制御される。

Ｖ相モジュール５１ｖ及びＷ相モジュール５１ｗの構成については、Ｕ相モジュール５１ｕと同様の構成であり、Ｖ相巻線４１ｖ及びＷ相巻線４１ｗの接続様態もまたＵ相巻線４１ｕと同様であるため、その説明を省略する。

制御回路５０は、操作信号ｇ５２ｕ，ｇ５２ｖ，ｇ５２ｗ，ｇ５３ｕ，ｇ５３ｖ，ｇ５３ｗを対応するスイッチング素子５２ｕ〜ｗ，５３ｕ〜ｗに送信することで、スイッチング素子５２ｕ〜ｗ，５３ｕ〜ｗのそれぞれの開閉状態を制御する。これにより、モータジェネレータ４の固定子４１に、モータジェネレータ４に対する電圧指令を印加する。操作信号ｇ５２ｕ〜ｗ，ｇ５３ｕ〜ｗは、ＰＷＭパルスのパターンとなるように生成されるゲート駆動信号である。ＰＷＭパルスは、モータジェネレータ４に対する電圧指令に応じて、制御回路５０により生成されるパルスである。

図４に示されるように、ポート噴射式の燃料噴射弁２９を備えるエンジン１０では、燃料噴射弁２９から噴射された燃料が燃焼室２０内に供給されるまでに時間を要する。このため、図５に示されるように、吸気バルブ３２が閉じるタイミング（以降、閉タイミングと呼称）よりも前に、燃料噴射弁２９により噴射された燃料がエンジン１０の燃焼室２０内に吸入される限界となる噴射終了限界が存在する。

ところで、自動二輪車は、自動四輪車と異なり、姿勢制御が行われる。姿勢制御が行われる場合には、スロットルグリップ３８ａの操作が頻繁に行われることとなるため、要求噴射時間が算出されてから燃料噴射弁２９が燃料を噴射し終えるまでの期間内にドライバによりスロットルグリップ３８ａの操作量が変更される可能性が、自動四輪車と比較して高い。これを考慮して、制御部７０は、要求噴射時間が算出されてから燃料噴射弁２９が燃料を噴射し終えるまでの期間内に、要求噴射時間が算出された際にスロットルセンサ１７により検出されたスロットル弁１６の開度量よりもスロットル弁１６の開度量がより大きく変更された場合に、スロットル弁１６の開度量の変化量に基づいて、要求噴射時間をより長く補正する補正制御（いわゆる、加速時燃料補正制御）を実施する。

補正制御を実施することで、要求噴射時間がより長く補正され、それにより燃料噴射弁２９が燃料を噴射し終えるタイミングが噴射終了限界よりも遅くなると、噴射終了限界以降に燃料噴射弁２９により噴射された燃料は、燃焼室２０内に吸入されないことになる。この噴射終了限界以降に噴射される燃料は、スロットル弁１６の開度量が大きく変更されるほど、多くなることになるが、燃焼室２０内に吸入されない。このため、クランク軸９には、あくまで噴射終了限界までに燃料噴射弁２９により噴射された分の燃料が燃焼されたことで生じた回転トルクが伝達されることになる。換言すれば、スロットル弁１６の開度量が大きく変更されることで、噴射終了限界以降に噴射される燃料が多くなるほど、図６に示されるように、運転者が要求している要求トルクと、実際にクランク軸９に伝達される回転トルクと、の乖離量が多くなることになる。

この対策として、クランク軸９に回転トルクを出力する際に、モータジェネレータ４がクランク軸９に回転トルクを付与する付与制御を実施することが考えられる。この付与制御では、スロットル弁１６の開度量に応じてモータジェネレータ４がクランク軸９に付与する回転トルクの大きさ（以降、アシスト量と呼称）を変化させる。これにより、燃料噴射弁２９による燃料噴射の実施中に、スロットル弁１６の開度量がより大きく変更されることで、要求噴射時間がより長く補正される一方で、より大きく変更されたスロットル弁１６の開度量の大きさに基づいてモータジェネレータ４によるアシスト量がより大きくなるように制御される。このため、エンジン出力が燃料供給遅れにより低下してもドライバが要求している要求トルクと、実際にクランク軸９に伝達される回転トルクと、の乖離量を小さく抑えることができる。

しかし、付与制御を実施する場合、燃料噴射弁２９が噴射終了限界を超えて燃料を噴射することがなくても、スロットル弁１６の開度量（スロットルグリップ３８ａの操作量）に基づいてモータジェネレータ４によるアシスト量が大きくなるように制御されると、その結果として要求トルクよりも大きな回転トルクがクランク軸９に伝達されるおそれがある。その一方で、要求噴射時間がより長く補正されることで、燃料噴射弁２９が噴射終了限界以降にも燃料を噴射する場合に、燃料の一部が吸入できなくなることを考慮せずにスロットル弁１６の開度量のみに基づいてモータジェネレータ４によるアシスト量が大きくなるように制御されると、クランク軸９に生じるトルクが要求トルクよりもまだ不十分となる可能性がある。なお、スロットル弁１６の開度量に代えて、スロットル弁１６の目標開度量と実開度量との差分を用いることもできる。

上記を考慮し、制御部７０は、補正制御が実施された場合に、エンジン１０の運転状態と、エンジン１０の構成と、に基づいて噴射終了限界を設定する。

エンジン１０の運転状態には、燃料噴射弁２９から燃焼室２０へと流れる空気の流速（空気の量）と、燃料噴射弁２９に供給される燃料の圧力（ひいては燃料量）と、の両方が含まれる。

燃料噴射弁２９により噴射された燃料は、燃焼室２０へと流れる空気により流される。つまり、図７（ａ）に記載されるように、燃焼室２０へと流れる空気の流速は高いほど、燃料噴射弁２９により噴射された燃料が燃焼室２０に供給されるまでに必要となる時間（以降、供給必要時間と呼称）が短くなる。換言すれば、燃焼室２０へと流れる空気の流速は高いほど、噴射終了限界は吸気バルブ３２の閉タイミング側に近づくことになる。このことから、燃焼室２０へと流れる空気の流速は、噴射終了限界が変動する要因の一つであるといえる。

また、燃料噴射弁２９に供給される燃料の燃圧が高いほど、燃料噴射弁２９が噴射した際の燃料の噴射速度は高まることになる。このとき、図７（ｂ）に記載されるように、燃料の燃圧が高いほど、供給必要時間は短くなる。つまり、燃料の燃圧が高いほど、噴射終了限界は吸気バルブ３２の閉タイミング側に近づくことになるので、燃料噴射弁２９に供給される燃料の燃圧もまた、噴射終了限界が変動する要因の一つであるといえる。

エンジン１０の構成には、燃料噴射弁２９から吸気バルブ３２までの距離と、燃料噴射弁２９に設けられた噴口２９ａの面積の合計値と、の両方が含まれる。

燃料噴射弁２９から吸気バルブ３２までの距離が長いほど、燃料噴射弁２９から噴射された燃料が燃焼室２０内に流れるまでの距離が長くなる。したがって、図７（ｃ）に記載されるように、燃料噴射弁２９から吸気バルブ３２までの距離が長いほど、供給必要時間が長くなることになる。換言すれば、燃料噴射弁２９から吸気バルブ３２までの距離が長いほど、噴射終了限界は吸気バルブ３２の閉タイミングから離れる方向に移動することになる。このことから、燃料噴射弁２９から吸気バルブ３２までの距離もまた、噴射終了限界が変動する要因の一つであるといえる。

図８は、燃料噴射弁２９において、燃焼室２０側の端面を燃焼室２０側から見た平面図である。図８に示されるように、燃料噴射弁２９に供給された燃料を燃焼室２０に噴射するために、燃料噴射弁２９の燃焼室２０側の端面には複数の噴口２９ａが設けられている。燃料噴射弁２９に供給される燃料の燃圧が一定である場合、これらの噴口２９ａの面積の合計値が大きいほど、一つの噴口２９ａに印加される燃料の圧力は低くなり、それに伴って噴口２９ａから噴射される燃料の噴射速度は低くなる。したがって、図７（ｄ）に示されるように、噴口２９ａの面積の合計値が大きいほど、供給必要時間が長くなることになる。つまり、噴口２９ａの面積の合計値が大きいほど、噴射終了限界は吸気バルブ３２の閉タイミングから離れる方向に移動することになる。このことから、燃料噴射弁２９に設けられた噴口２９ａの面積の合計値もまた、噴射終了限界が変動する要因の一つであるといえる。

上記に述べたように、噴射終了限界が設定される際には、燃料噴射弁２９から燃焼室２０へと流れる空気の流速と、燃料噴射弁２９に供給される燃料の圧力と、燃料噴射弁２９から吸気バルブ３２までの距離と、燃料噴射弁２９に設けられた噴口２９ａの面積の合計値と、が考慮される。これにより、噴射終了限界をより精度高く設定することができる。

制御部７０は、噴射終了限界を設定した後、補正した要求噴射時間のうち噴射終了限界以降に燃料噴射弁２９により燃料が噴射される時間（以降、限界以降噴射時間と呼称）を算出する。より具体的には、補正された要求噴射時間と、燃料噴射が開始されてから噴射終了限界までの期間に燃料噴射を実施した時間の合計値（有効噴射時間）と、の差を限界以降噴射時間として算出する。なお、燃料噴射が開始されてから噴射終了限界までの期間に分割噴射が実施された場合、有効噴射時間は各分割噴射時間の合計値となる。そして、算出した限界以降噴射時間が所定時間よりも長い場合に、モータジェネレータ４による回転トルクを付与するアシスト制御を実施する。本アシスト制御において、モータジェネレータ４によるアシスト量の大きさは、図９に記載のマップを参照して決定する。このため、本アシスト制御では、限界以降噴射時間が長いほど、モータジェネレータ４によるアシスト量が多くなるように制御される。

本実施形態では、アシスト量を制御するため、スイッチング素子５２ｕ〜ｗ，５３ｕ〜ｗの、一駆動周期におけるオン時間の比率（以下、ＯＮデューティと呼称）をそれぞれ変更するデューティ制御を実施する。デューティ制御について、図１０を参照して説明する。図１０において、「スロットル開度量」は、スロットルセンサ１７により検出されるスロットル弁１６の開度量の変化を示している。また、「行程」はエンジン１０の燃焼行程を示している。「燃料噴射弁」は、燃料噴射弁２９の駆動パルスを表し、ロー側が燃料噴射側である。「ＰＷＭパルス」は、モータジェネレータ４に対する電圧指令に応じて生成されるＰＷＭパルスのオンオフ駆動パターンをハイ／ローで示すものである。

図１０に示されるように、燃料噴射弁２９による燃料噴射制御期間中に、スロットル弁１６の開度量が大きく変更されると、燃料噴射時間がより長く補正される（時間ｔ１参照）。このとき、長く補正された燃料噴射時間に基づいて、限界以降噴射時間を算出し、算出した限界以降噴射時間に応じて、スイッチング素子５２ｕ〜ｗ，５３ｕ〜ｗの、それぞれのＯＮデューティをより長く制御する。これにより、燃焼に寄与しなくなる限界以降噴射時間の量に応じて、モータジェネレータ４への通電時間が長くなり、クランク軸９に対してより大きな回転トルクをモータジェネレータ４により付与させることで追加燃料分の不足分を補うことができる（モータジェネレータ４によるアシスト量で燃料不足分を補うことができる）。

ところで、自動四輪車と比較して、自動二輪車が搭載可能なモータジェネレータ４の出力は小さく、それに伴ってモータジェネレータ４がクランク軸９に対して付与可能な回転トルクの最大値もまた低くなる。また、本実施形態では、単気筒エンジンを想定していることから、複数気筒から構成されるエンジンと比較して、気筒数が少ないためスロットルグリップ３８ａを介したドライバの要求トルクに応えられるエンジントルクを出力するために必要な時間は長くなる。更に、クランク軸９の回転速度が低回転速度域にある状態では、ドライバが要求しているトルク量に対して限界以降噴射時間の量が燃焼に寄与しなくなることで実際にクランク軸９に対して出力されたトルク量が不足した場合、単気筒の場合には次の燃焼までの時間が長いためドライバはそのトルク量の不足に対して違和感を覚え易い。これらを考慮し、クランク軸９の回転速度が所定回転速度よりも低いと判定された場合に、本アシスト制御が実施されトルクが付与される。これにより不足する出力トルクをアシストすることができる。

本実施形態では、制御部７０により図１１に記載の燃料噴射制御が実施される。図１１に示す燃料噴射制御は、制御部７０が電源オンしている期間中に制御部７０によって所定周期で繰り返し実施される。

まず、ステップＳ１００では、クランク角センサ６０からクランク軸９の回転速度を取得し、スロットルセンサ１７からスロットル弁１６の開度量を取得する。ステップＳ１１０では、ステップＳ１００で取得したクランク軸９の回転速度と、スロットル弁１６の開度量と、に基づいて要求噴射時間を算出する。

ステップＳ１２０では、噴射開始時期において、燃料噴射弁２９に燃料の噴射を開始させる。ステップＳ１３０では、燃料噴射弁２９による燃料の噴射期間中に、スロットル弁１６の開度量が、ステップＳ１００で取得したスロットル弁１６の開度量よりも大きくなるように変更されたか否かを判定する。スロットル弁１６の開度量が大きく変更されたと判定した場合には（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、ステップＳ１４０に進み、変更されたスロットル弁１６の開度量に基づいて要求噴射時間を補正する。スロットル弁１６の開度量が大きく変更されていないと判定した場合には（Ｓ１３０：ＮＯ）、本制御を終了する。

なお、ステップＳ１１０の処理は要求噴射時間算出部による処理に該当し、ステップＳ１２０の処理は噴射制御部による処理に該当し、ステップＳ１３０及びステップＳ１４０の処理は補正部による処理に該当する。

次に、制御部７０により図１２に記載のアシスト制御が実施される。図１２に示すアシスト制御は、図１１のステップＳ１４０に記載される処理が実施された場合に、実施される。

ステップＳ２００では、エンジン１０の運転状態と、エンジン１０の構成と、に基づいて噴射終了限界を設定する。ステップＳ２１０では、ステップＳ１４０で補正された要求噴射時間と、ステップＳ２００で設定された噴射終了限界と、に基づいて、限界以降噴射時間を算出する。

ステップＳ２２０では、限界以降噴射時間が所定時間よりも長いか否かを判定する。限界以降噴射時間が所定時間よりも長いと判定した場合には（Ｓ２２０：ＹＥＳ）、ステップＳ２３０に進む。

ステップＳ２３０では、クランク角センサ６０からクランク軸９の回転速度（エンジン回転速度）を取得し、ステップＳ２４０では、クランク軸９の回転速度が所定回転速度よりも低いか否かを判定する。クランク軸９の回転速度が所定回転速度よりも低いと判定した場合には（Ｓ２４０：ＹＥＳ）、ステップＳ２５０に進む。

ステップＳ２５０では、図９に記載のマップを参照して、ステップＳ２１０で算出した限界以降噴射時間に応じた、モータジェネレータ４によるアシスト量の大きさを決定する。ステップＳ２６０では、モータジェネレータ４によりクランク軸９に対して付与される回転トルクの大きさが、ステップＳ２５０で決定したアシスト量の大きさとなるように、モータジェネレータ４の駆動を制御回路５０により制御させ、本制御を終了する。

限界以降噴射時間が所定時間よりも長くないと判定した場合（Ｓ２２０：ＮＯ）、クランク軸９の回転速度が所定回転速度よりも低くないと判定した場合（Ｓ２４０：ＮＯ）、には本制御を終了する。

なお、ステップＳ２００の処理は噴射終了限界設定部による処理に該当し、ステップＳ２１０の処理は限界以降噴射時間設定部による処理に該当し、ステップＳ２４０の処理は判定部による処理に該当し、ステップＳ２５０及びステップＳ２６０の処理は回転電機制御部による処理に該当する。

上記構成により、本実施形態は、以下の効果を奏する。

・限界以降噴射時間が所定時間よりも長いと判定された場合に、限界以降噴射時間に基づいて、モータジェネレータ４によるアシスト量が変更される。これにより、限界以降噴射時間分の燃焼不足分をアシスト量で補うことで、運転者が要求している回転トルクと、実際にクランク軸９に出力される回転トルクと、の乖離量を少なく抑えることができ、運転者の意図に沿う安定した加速を出力することが可能となる。

・限界以降噴射時間が長いほど、モータジェネレータ４によりクランク軸９に対してより大きな回転トルクが付与される。これにより、運転者が要求しているトルクと、実際にクランク軸９に出力される回転トルクと、の乖離量を小さく抑えることができる。

・クランク軸９の回転速度が所定回転速度よりも低いと判定された場合に、本アシスト制御が実施される。これにより、点火間隔時間が長くなりエンジン出力トルクの不足期間が長くなることで、トルク量の不足をドライバが認識しやすい状況において、本アシスト制御を実施することができ、ドライバがトルク量の不足を認識する事態が生じることを抑制することができる。

・単気筒内燃機関では、四気筒内燃機関と比較して、燃焼室２０内で燃料が燃焼する間隔が長くなるので、燃料噴射弁２９が噴射した燃料のうち燃焼室２０内に供給されない燃料がある場合に、出力低下の持続時間が長くなり影響が大きくなる。この点、出力低下分をモータジェネレータ４による回転トルクの付与により補うことで、出力低下の影響を少なく抑えることができる。つまり、単気筒内燃機関を搭載した車両に対して本アシスト制御を実施することが、特に好適であるといえる。

・上述の通り、自動二輪車は、自動四輪車と異なり、エンジン出力を可変して車両の姿勢制御が行われ場合がある。姿勢制御が行われる場合には、スロットルグリップ３８ａの操作が頻繁に行われることとなるため、要求噴射時間が算出されてから燃料噴射弁２９が燃料を噴射し終えるまでの期間内にスロットル弁１６の開度量が変更される可能性が高く、かつこの場合の出力トルクはユーザの意思に沿うトルクになるのが好ましい。またこの場合のエンジン出力のバラツキも少ないことが車両の姿勢制御を容易にする。したがって、自動二輪車に対して本アシスト制御を実施することが、特に好適であるといえる。

なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。ちなみに、以下の別例の構成を、上記実施形態の構成に対して、個別に適用してもよく、また、任意に組み合わせて適用してもよい。

・上記実施形態では、水冷式エンジンに本願技術を適用していたが、空冷式エンジンに本願技術を適用してもよい。

・上記実施形態では、動力伝達装置３としてベルトを想定していたが、ベルトに代えて、ドライブシャフトやチェーンなどが動力伝達装置３として構成されてもよい。

・上記実施形態において、スロットルセンサ１７でスロットル弁１６の開度量を検出していたが、吸気圧センサ１８で検出しても良いし、吸気圧センサ１８とスロットルセンサ１７を組み合わせて検出しても良い。

・上記実施形態において、インバータ５に設けられるスイッチング素子５２ｕ〜ｗ，５３ｕ〜ｗはＭＯＳＦＥＴで構成されていた。このことについて、ＭＯＳＦＥＴに代わり、ＩＧＢＴやパワートランジスタ、サイリスタ、トライアックなどを用いてもよい。

・上記実施形態において、制御部７０は、単気筒内燃機関を搭載した自動二輪車に搭載されていた。このことについて、制御部７０は、二気筒以上の内燃機関を搭載した自動二輪車に搭載されてもよい。また、制御部７０は、四気筒内燃機関を搭載した車両に搭載されてもよく、具体的には自動四輪車やバギー車に搭載されてもよい。

・上記実施形態において、制御回路５０はインバータ５に備わっていた。このことについて、例えば制御回路５０がモータジェネレータ４、制御部７０に備わっている構成としてもよい。また、制御部７０が備える各部の機能の一部を、制御回路５０（モータジェネレータＥＣＵ等）により実行することもできる。

・上記実施形態において、噴射終了限界を設定する際に考慮されるエンジン１０の運転状態には、燃料噴射弁２９から燃焼室２０へと流れる空気の流速と、燃料噴射弁２９に供給される燃料の圧力と、の両方が含まれていた。このことについて、燃料噴射弁２９から燃焼室２０へと流れる空気の流速と、燃料噴射弁２９に供給される燃料の圧力と、のうち一方のみが含まれたものであってもよい。

・上記実施形態に係る制御部７０は補正制御を実施することとしていたが、補正制御を実施しない制御部７０であっても、本アシスト制御を実施するようにしてもよい。

・上記実施形態では、噴射終了限界以降にも燃料噴射弁２９に燃料を噴射させていた（図１０のｔ２−ｔ３参照）。しかし、既に述べているように、噴射終了限界以降に噴射された燃料は、燃焼室２０内に供給されない可能性が高い。つまり、噴射終了限界以降に噴射された燃料は、そのときの燃焼サイクル時に燃焼されずに残留することになる。残留した燃料は次回の燃焼サイクル時に燃焼されることになるが、残留した燃料を考慮せずに燃料噴射弁２９が要求噴射時間分、燃料を噴射した場合には、運転者の意図よりも車両は大きく加速するおそれがある。このため、次回の燃焼サイクル時には、残留した燃料の量を考慮して燃料噴射弁２９に燃料を噴射させることが考えられるが、その制御は煩雑なものとなることが考えられる。上記事情から、噴射終了限界以降の燃料噴射弁２９による燃料の噴射を停止するように制御してもよい。これにより、残留する燃料の量を少なく抑えることができ、ひいては運転者の意図に沿う加速を出力することが可能となる。

・上記実施形態では、限界以降噴射時間が長いほど、モータジェネレータ４によるアシスト量が大きくなるように制御されていた。このことについて、図１３に示されるように、要求噴射時間のうち限界以降噴射時間の割合が多いほど、モータジェネレータ４によるアシスト量が多くなる構成としてもよい。この場合でも、運転者が要求しているトルクと、実際にクランク軸９に出力される回転トルクと、の乖離量を小さく抑えることができる。

・上記実施形態では、限界以降噴射時間に基づいて、ＯＮデューティがより長く制御されることで、クランク軸９に対してより大きな回転トルクをモータジェネレータ４により付与させていた。このことについて、例えば、車両が通常走行をしている期間中にモータジェネレータ４がクランク軸９に回転トルクを付与することでトルクアシストを行う通常アシスト制御を行なう場合を想定する。この通常アシスト制御時に、モータジェネレータ４の電気角１周期に対するスイッチング素子５２ｕ〜ｗ，５３ｕ〜ｗのオン期間が１２０°となる１２０度通電制御（矩形波制御）を行なっている場合、本アシスト制御では、オン期間を１２０°よりも長い１８０°に設定される（本アシスト制御を実施する場合には、１２０度通電制御から１８０度通電制御に変更されると換言してもよい）。これによっても、モータジェネレータ４への通電期間が長くなり、クランク軸９に対してより大きな回転トルクをモータジェネレータ４により付与させることができる。

・モータジェネレータ４がクランク軸９に対して行う仕事量（アシスト量）をより大きくする別例としては、モータジェネレータ４がクランク軸９に対して付与する回転トルクの付与時間を長くする方法が挙げられる。なお、クランク軸９に対してより大きな回転トルクをモータジェネレータ４により付与することと、モータジェネレータ４がクランク軸９に対して付与する回転トルクの付与時間を長くすることの双方を行ってもよい。

・上記実施形態では、クランク軸９の回転速度が所定回転速度よりも低いと判定された場合に、本アシスト制御が実施されていた。このことについて、クランク軸９の回転速度を考慮せず、限界以降噴射時間が所定時間よりも長い場合に、本アシスト制御を実施するようにしてもよい。

４…モータジェネレータ、９…クランク軸、１０…エンジン、２０…燃焼室、２９…燃料噴射弁、３０…吸気ポート、１７…スロットルセンサ、３８ａ…スロットルグリップ、５０…制御回路、７０…制御部。

Claims (13)

1. 空気及び燃料の混合気を燃焼させる燃焼室（２０）と、前記燃焼室に接続されたポート（３０）に燃料を噴射するポート噴射弁（２９）と、を備える内燃機関（１０）と、前記内燃機関の出力軸（９）に対して回転トルクを付与可能とする回転電機（４）と、前記内燃機関に備わるスロットル弁（１６）を制御することで、前記内燃機関の出力を制御するスロットル操作部材（３８ａ）と、前記スロットル弁の開度量を検出する開度量検出部（１７）と、前記開度量検出部により検出された前記スロットル弁の前記開度量に基づいて、１燃焼サイクルあたりに前記ポート噴射弁が前記燃料を噴射する時間の要求値である要求噴射時間を算出する要求噴射時間算出部と、を備える車両に適用され、
   前記１燃焼サイクル内に前記ポート噴射弁により噴射された燃料が前記燃焼室内に吸入される限界時期としての噴射終了限界を設定する噴射終了限界設定部と、
   前記要求噴射時間算出部により算出された前記要求噴射時間のうち前記噴射終了限界設定部により設定された前記噴射終了限界以降に噴射される時間である限界以降噴射時間を算出する限界以降噴射時間算出部と、
   前記限界以降噴射時間算出部により算出された前記限界以降噴射時間に基づいて、前記回転電機が前記出力軸に対して付与する前記回転トルクの量を変更する回転電機制御部と、
   を備える回転電機の制御装置（７０、５０）。
2. 前記噴射終了限界設定部は、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記噴射終了限界を設定する請求項１に記載の回転電機の制御装置。
3. 前記内燃機関の運転状態には、前記ポート噴射弁から前記燃焼室へと流れる前記空気の量と、前記ポート噴射弁に供給される前記燃料の量と、のうち少なくとも一つが含まれる請求項２に記載の回転電機の制御装置。
4. 前記車両は、前記ポート噴射弁による前記燃料の噴射動作を制御する噴射制御部を備え、
   前記噴射制御部は、前記噴射終了限界以降の前記ポート噴射弁による前記燃料の噴射を停止させる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
5. 前記回転電機制御部は、前記限界以降噴射時間算出部により算出された前記限界以降噴射時間が長いほど、前記出力軸に対してより大きな前記回転トルクを前記回転電機により付与させる請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
6. 前記回転電機制御部は、前記要求噴射時間算出部により算出された前記要求噴射時間のうち前記限界以降噴射時間算出部により算出された前記限界以降噴射時間の割合が多いほど、前記出力軸に対してより大きな前記回転トルクを前記回転電機により付与させる請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
7. 前記車両には、回転電機を駆動するインバータ（５）が備わっており、
   前記回転電機制御部は、前記回転電機への通電期間及び遮断期間のうち前記通電期間の比が大きくなるように前記インバータを制御することにより、前記出力軸に対してより大きな前記回転トルクを前記回転電機により付与させる請求項５又は６に記載の回転電機の制御装置。
8. 前記回転電機制御部は、前記限界以降噴射時間算出部により算出された前記限界以降噴射時間が長いほど、前記回転電機が前記出力軸に対して付与する前記回転トルクの付与時間を長くする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
9. 前記内燃機関は、単気筒又は二気筒である請求項１乃至７のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
10. 前記ポート噴射弁が燃料の噴射を開始する時期から前記噴射終了限界設定部により設定された前記噴射終了限界までの期間内に、前記要求噴射時間算出部が前記要求噴射時間を算出する際に前記開度量検出部により検出された前記スロットル弁の前記開度量よりも、前記スロットル弁の前記開度量が大きく変更された場合に、変更された前記スロットル弁の前記開度量に基づいて、前記要求噴射時間算出部により算出された前記要求噴射時間をより長く補正する補正部を備える請求項１乃至９のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
11. 前記車両は、自動二輪車である請求項１０に記載の回転電機の制御装置。
12. 前記車両は、前記出力軸の回転速度を取得する回転速度取得部（６０）を備え、
    前記回転速度取得部により取得された前記出力軸の前記回転速度が所定回転速度よりも低いか否かを判定する判定部を備え、
    前記回転電機制御部は、前記判定部により前記出力軸の前記回転速度が所定回転速度よりも低いと判定された場合に、前記限界以降噴射時間算出部により算出された前記限界以降噴射時間に基づいて、前記回転電機が前記出力軸に対して付与する前記回転トルクの量を変更する請求項１１に記載の回転電機の制御装置。
13. 空気及び燃料の混合気を燃焼させる燃焼室（２０）と、前記燃焼室に接続されたポート（３０）に燃料を噴射するポート噴射弁（２９）と、を備える内燃機関（１０）と、
    前記内燃機関の出力軸に対して回転トルクを付与可能とする回転電機（４）と、
    前記内燃機関に備わるスロットル弁（１６）を制御することで、前記内燃機関の出力を制御するスロットル操作部材（３８ａ）と、
    前記スロットル弁の開度量を検出する開度量検出部（１７）と、
    前記開度量検出部により検出された前記スロットル弁の前記開度量に基づいて、１燃焼サイクルあたりに前記ポート噴射弁が前記燃料を噴射する時間の要求値である要求噴射時間を算出する要求噴射時間算出部と、
    請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置と、
    を備える車両。

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