JP2023101902A - 内燃機関の始動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】始動時に筒内噴射弁により燃料噴射を行う場合に燃焼状態が安定した内燃機関の始動制御装置を提供することを課題とする。
【解決手段】圧縮行程での燃料噴射である圧縮行程噴射、及び吸気行程での燃料噴射である吸気行程噴射を実行可能な筒内噴射弁を有した内燃機関の始動制御装置において、前記内燃機関の始動要求がある場合に前記圧縮行程噴射を実行する第１制御部と、前記圧縮行程噴射の実行後に、燃料噴射量を前記圧縮行程噴射での燃料噴射量よりも増量して前記吸気行程噴射を実行する第２制御部とを備えた内燃機関の始動制御装置。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の始動制御装置に関する。

内燃機関の始動時にポート噴射弁により燃料噴射を行う場合、噴射された燃料の一部がポート壁面に付着して燃焼に寄与する燃料量が不足し、燃焼状態が不安定となるおそれがある。このため、ポート噴射弁からの燃料噴射量を増量する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１８－１８８９９２号公報

内燃機関の始動時に筒内噴射弁により燃料噴射を行う場合、その噴射時期によって筒内壁面への燃料付着量が異なり、燃焼状態が不安定となるおそれがある。

そこで本発明は、始動時に筒内噴射弁により燃料噴射を行う場合に燃焼状態が安定した内燃機関の始動制御装置を提供することを目的とする。

上記目的は、圧縮行程での燃料噴射である圧縮行程噴射、及び吸気行程での燃料噴射である吸気行程噴射を実行可能な筒内噴射弁を有した内燃機関の始動制御装置において、前記内燃機関の始動要求がある場合に前記圧縮行程噴射を実行する第１制御部と、前記圧縮行程噴射の実行後に、燃料噴射量を前記圧縮行程噴射での燃料噴射量よりも増量して前記吸気行程噴射を実行する第２制御部とを備えた内燃機関の始動制御装置によって達成できる。

本発明によれば、始動時に筒内噴射弁により燃料噴射を行う場合に燃焼状態が安定した内燃機関の始動制御装置を提供できる。

図１は、ハイブリッド車両の概略構成図である。 図２は、エンジンの概略構成図である。 図３は、ＥＣＵが実行するエンジンの始動時の燃料噴射制御の一例を示したフローチャートである。 図４Ａは、図４Ｂは、図４Ｃは、吸気行程噴射増量分を規定したマップの一例である。

［ハイブリッド車両の概略構成］
図１は、ハイブリッド車両１の概略構成図である。ハイブリッド車両１には、エンジン１０から駆動輪１３までの動力伝達経路に、Ｋ０クラッチ１４、モータ１５、トルクコンバータ１８、及び変速機１９が順に設けられている。エンジン１０及びモータ１５は、ハイブリッド車両１の走行用駆動源として搭載されている。エンジン１０は、内燃機関の一例であり、例えばＶ型６気筒ガソリンエンジンであるが気筒数はこれに限定されず、直列型のガソリンエンジンであってもよい。Ｋ０クラッチ１４、モータ１５、トルクコンバータ１８、及び変速機１９は、変速ユニット１１内に設けられている。変速ユニット１１と左右の駆動輪１３とは、ディファレンシャル１２を介して駆動連結されている。

Ｋ０クラッチ１４は、同動力伝達経路上のエンジン１０とモータ１５との間に設けられている。Ｋ０クラッチ１４は、解放状態から油圧の供給を受けて係合状態となって、エンジン１０とモータ１５との動力伝達を接続する。Ｋ０クラッチ１４は、油圧供給の停止に応じて解放状態となって、エンジン１０とモータ１５との動力伝達を遮断する。係合状態とは、Ｋ０クラッチ１４の両係合要素が連結しエンジン１０とモータ１５が同じ回転数となっている状態である。解放状態とは、Ｋ０クラッチ１４の両係合要素が離れた状態である。

モータ１５は、インバータ１７を介してバッテリ１６に接続されている。モータ１５は、バッテリ１６からの給電に応じて車両の駆動力を発生するモータとして機能し、更にエンジン１０や駆動輪１３からの動力伝達に応じてバッテリ１６に充電する電力を発電する発電機としても機能する。モータ１５とバッテリ１６との間で授受される電力は、インバータ１７により調整されている。

インバータ１７は、後述するＥＣＵ１００によって制御され、バッテリ１６からの直流電圧を交流電圧に変換し、またはモータ１５からの交流電圧を直流電圧に変換する。モータ１５がトルクを出力する力行運転の場合、インバータ１７はバッテリ１６の直流電圧を交流電圧に変換してモータ１５に供給される電力を調整する。モータ１５が発電する回生運転の場合、インバータ１７はモータ１５からの交流電圧を直流電圧に変換してバッテリ１６に供給される電力を調整する。

トルクコンバータ１８は、トルク増幅機能を有した流体継ぎ手である。変速機１９は、ギア段の切替えにより変速比を多段階に切替える有段式の自動変速機であるが、これに限定されず無段式の自動変速機であってもよい。変速機１９は、動力伝達経路上のモータ１５と駆動輪１３の間に設けられている。トルクコンバータ１８を介して、モータ１５と変速機１９とが連結されている。トルクコンバータ１８には、油圧の供給を受けて係合状態となってモータ１５と変速機１９とを直結するロックアップクラッチ２０が設けられている。尚、トルクコンバータ１８は必ずしも必要ではなく、設けられていなくてもよい。

変速ユニット１１には、更にオイルポンプ２１と油圧制御機構２２とが設けられている。オイルポンプ２１で発生した油圧は、油圧制御機構２２を介して、Ｋ０クラッチ１４、トルクコンバータ１８、変速機１９、及びロックアップクラッチ２０にそれぞれ供給されている。油圧制御機構２２には、Ｋ０クラッチ１４、トルクコンバータ１８、変速機１９、及びロックアップクラッチ２０のそれぞれの油圧回路と、それらの作動油圧を制御するための各種の油圧制御弁と、が設けられている。

ハイブリッド車両１には、同車両の制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００が設けられている。ＥＣＵ１００は、車両の走行制御に係る各種演算処理を行う演算処理回路と、制御用のプログラムやデータが記憶されたメモリと、を備える電子制御ユニットである。ＥＣＵ１００は、内燃機関の始動制御装置の一例であり、詳しくは後述する第１制御部及び第２制御部を機能的に実現する。

ＥＣＵ１００は、エンジン１０及びモータ１５の駆動を制御する。具体的にはＥＣＵ１００は、エンジン１０のスロットル開度、点火時期、燃料噴射量を制御することにより、エンジン１０のトルクや回転数を制御する。ＥＣＵ１００は、インバータ１７を制御してモータ１５とバッテリ１６との間での電力の授受量を調整することで、モータ１５のトルクや回転数を制御する。またＥＣＵ１００は、油圧制御機構２２の制御を通じて、Ｋ０クラッチ１４やロックアップクラッチ２０、変速機１９の駆動制御を行う。

ＥＣＵ１００には、イグニッションスイッチ７１、クランク角センサ７２、モータ回転数センサ７３、アクセル開度センサ７４、エアフローメータ７５、空燃比センサ７６、及び水温センサ７７からの信号が入力される。クランク角センサ７２は、エンジン１０のクランクシャフトの回転速度を検出する。モータ回転数センサ７３は、モータ１５の出力軸の回転速度を検出する。アクセル開度センサ７４は、運転者のアクセルペダルの踏込量であるアクセルペダル開度を検出する。エアフローメータ７５は、エンジン１０の吸入空気量を検出する。空燃比センサ７６は、触媒４３から排出された排気の空燃比を検出する。水温センサ７７は、エンジン１０の冷却水の温度を検出する。

ＥＣＵ１００は、モータモード及びハイブリッドモードの何れかの走行モードでハイブリッド車両を走行させる。モータモードでは、ＥＣＵ１００はＫ０クラッチ１４を解放し、モータ１５の動力により走行する。ハイブリッドモードでは、ＥＣＵ１００はＫ０クラッチ１４を係合状態に切り替えて少なくともエンジン１０の動力により走行する。走行モードの切り替えは、車速やアクセル開度から求められた車両の要求駆動力と、バッテリ１６の充電状態などに基づいて行われる。

［エンジンの概略構成］
図２は、エンジン１０の概略構成図である。エンジン１０は、気筒３０、ピストン３１、コネクティングロッド３２、クランクシャフト３３、吸気通路３５、吸気弁３６、排気通路３７、及び排気弁３８を有している。図２には、エンジン１０が有する複数の気筒３０のうちの一つのみが表示されている。気筒３０では混合気の燃焼が行われる。ピストン３１は、各気筒３０に往復動可能に収容され、エンジン１０の出力軸であるクランクシャフト３３にコネクティングロッド３２を介して連結されている。コネクティングロッド３２は、ピストン３１の往復運動をクランクシャフト３３の回転運動に変換する。

吸気通路３５は、各気筒３０の吸気ポートに吸気弁３６を介して接続されている。排気通路３７は、各気筒３０の排気ポートに排気弁３８を介して接続されている。吸気通路３５には、エアフローメータ７５、及び吸入空気量を調整するスロットル弁４０が設けられている。排気通路３７には空燃比センサ７６、及び排気浄化用の触媒４３が設けられている。

気筒３０には筒内噴射弁４１ｄが設けられている。筒内噴射弁４１ｄは気筒３０内に直接燃料を噴射する。吸気通路３５には、吸気ポートに向けて燃料を噴射するポート噴射弁４１ｐが設けられている。尚、筒内噴射弁４１ｄが設けられていれば、ポート噴射弁４１ｐは設けられていなくてもよい。各気筒３０には、吸気通路３５を通じて導入された吸気と筒内噴射弁４１ｄ及びポート噴射弁４１ｐが噴射した燃料との混合気を火花放電により点火する点火プラグ４２が設けられている。

［エンジンの始動］
このように構成されたエンジン１０に対して、イグニッションスイッチ７１がオフからオンに切り替わった場合や、間欠運転中に自動再始動条件が成立した場合に始動が要求される。エンジン１０の始動要求があると、ＥＣＵ１００はＫ０クラッチ１４をスリップ状態に制御してモータ１５によりエンジン１０のクランキングを開始すると共にエンジン１０での燃焼を開始する。

具体的にはＥＣＵ１００は、筒内噴射弁４１ｄによる圧縮行程噴射を所定の目標回数だけ実行し、その後に筒内噴射弁４１ｄによる吸気行程噴射に切り替えて所定の目標回数だけ実行する。圧縮行程噴射は、クランキングの開始と共に順に圧縮行程となる気筒３０に対して圧縮行程中に実行される燃料噴射である。圧縮行程噴射を実行することにより、エンジン１０のトルクを早期に増大させることができる。吸気行程噴射は、順に吸気行程となる気筒３０に対して吸気行程中に実行される燃料噴射である。吸気行程噴射を実行することにより、エンジン１０のトルクを安定させることができる。圧縮行程噴射と吸気行程噴射がそれぞれ目標回数だけ実行されたことをもって、エンジン１０の運転状態が安定したものとみなしてエンジン１０の始動が完了する。

エンジン１０の始動が完了すると、ＥＣＵ１００はＫ０クラッチ１４を係合させ、エンジン１０のトルクが要求トルクとなるように運転を制御する。尚、エンジン１０にスタータモータが設けられている場合には、モータ１５の代わりにスタータモータによりエンジン１０をクランキングしてもよい。

［始動時の燃料噴射制御］
図３は、ＥＣＵ１００が実行するエンジン１０の始動時の燃料噴射制御の一例を示したフローチャートである。本制御では、イグニッションがオンの状態で所定の周期ごとに繰り返し実行される。ＥＣＵ１００は、エンジン１０への始動要求があるか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１でＮｏの場合には、本制御は終了する。

ステップＳ１でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ１００は圧縮行程噴射での目標噴射量を算出する（ステップＳ２）。圧縮行程噴射での目標噴射量は、基本噴射量に未寄与燃料増量分を加算した量として算出される。基本噴射量は、エアフローメータ７５により検出された吸入空気量が多いほど多く算出される。また基本噴射量は、空燃比センサ７７での検出空燃比が目標空燃比よりもリッチ側だと少なく算出され、リーン側だと多く算出される。未寄与燃料増量分は、ピストン３１の頂面や筒内壁面に付着して燃焼に寄与しない燃料分を補う増量分である。未寄与燃料増量分は、水温センサ７７により検出されるエンジン１０の冷却水の温度が低いほど多く算出され、種々のデータに基づき予め実験的に求められた適合値である。

ＥＣＵ１００は実際の燃料噴射量が上記のように算出された目標噴射量となるように筒内噴射弁４１ｄを開閉制御することにより圧縮行程噴射を実行する（ステップＳ３）。ステップＳ１～Ｓ３は、第１制御部が実行する処理の一例である。

次にＥＣＵ１００は、圧縮行程噴射の実行回数が目標回数となったか否かを判定する（ステップＳ４）。圧縮行程噴射の目標回数は、始動要求時のエンジン１０への要求トルクが大きいほど、少なく設定される。ステップＳ４でＮｏの場合には、再度目標噴射量が算出されて圧縮行程噴射が実行される。

ステップＳ４でＹｅｓの場合、ＥＣＵ１００は吸気行程噴射での目標噴射量を算出する（ステップＳ５）。吸気行程噴射での目標噴射量は、上述したように基本噴射量に未寄与燃料増量分を加算し、更に吸気行程噴射増量分を加算することにより算出される。吸気行程噴射増量分とは、吸気行程噴射に起因した筒内壁面への燃料付着量を補うための燃料噴射量の増量分である。吸気行程噴射増量分は、種々のデータに基づき予め実験的に求められた適合値である。

吸気行程噴射増量分は、吸気行程噴射での目標噴射量の算出に用いられるが、圧縮行程噴射での目標噴射量の算出には用いられない。圧縮行程噴射はピストン３１が上昇してピストン３１から露出する筒内壁面の面積が減少している最中に行われるため、筒内壁面への燃料付着量は比較的少ない。これに対して、吸気行程噴射はピストン３１が下降であってピストン３１から露出する筒内壁面の面積が増大している最中に行われるため、筒内壁面への燃料付着量が比較的多くなるからである。従って、吸気行程噴射での燃料噴射量は、圧縮行程噴射での燃料噴射量よりも増大する。

具体的にはＥＣＵ１００は、図４Ａ～図４Ｃに示すマップを参照して吸気行程噴射増量分を算出する。図４Ａ～図４Ｃは、吸気行程噴射増量分を規定したマップの一例である。図４Ａは、吸入空気量に応じた吸気行程噴射増量分を規定したマップの一例である。縦軸は吸入空気量［ｇ／ｓｅｃ］を示し、横軸は吸気行程噴射増量分［ｍｇ］を示している。図４Ａのマップでは、吸入空気量が多いほど吸気行程噴射増量分が増大するように規定している。吸入空気量が多ければ、筒内に導入される空気によって筒内壁面への燃料付着量も増大するからである。

また図４Ａには、冷却水の温度が低温の場合と高温の場合とを示している。図４Ａのマップでは、冷却水が低温の場合の方が高温の場合よりも、吸気行程噴射増量分が増大するように規定している。冷却水が低温であると筒内壁面の温度も低く、筒内壁面への燃料付着量も増大するからである。尚、冷却水の温度の代わりに潤滑油の温度を用いてもよい。

図４Ｂは、吸気行程噴射回数に応じた吸気行程噴射増量分を規定したマップの一例である。縦軸は吸気行程噴射回数［－］を示し、横軸は吸気行程噴射増量分［ｍｇ］を示している。図４Ｂのマップでは、吸気行程噴射回数が増えるほど吸気行程噴射増量分が減少するように規定している。吸気行程噴射の実行回数が増えるほど、新たに筒内壁面に付着する燃料量は徐々に低下するからである。これにより不必要な燃料噴射量の増量を抑制して、燃費の悪化を抑制できる。

図４Ｃは、圧縮行程噴射の合計回数に応じた吸気行程噴射増量分を規定したマップの一例である。縦軸は圧縮行程噴射の合計回数［－］を示し、横軸は吸気行程噴射増量分［ｍｇ］を示している。圧縮行程噴射の合計回数とは、エンジン１０の始動要求があってから吸気行程噴射が実行される前に実行された圧縮行程噴射の合計回数であり、圧縮行程噴射の目標回数でもある。図４Ｃのマップでは、圧縮行程噴射の合計回数が少ないほど吸気行程噴射増量分は増大するように規定している。圧縮行程噴射の合計回数が少ないほど、エンジン１０の燃焼状態が安定する前に圧縮行程噴射から吸気行程噴射に切り替えられているからである。これにより吸気行程噴射での燃料噴射量を増量させて、燃焼状態を安定させることができる。尚、吸気行程噴射増量分を算出に関しては、図４Ａ～図４Ｃに示したマップに限定されず、吸入空気量や冷却水の温度、吸気行程噴射回数、圧縮行程噴射の合計回数等を引数とした演算式により算出してもよい。

ＥＣＵ１００は実際の燃料噴射量が上記のように算出された目標噴射量となるように筒内噴射弁４１ｄを開閉制御することにより吸気行程噴射を実行する（ステップＳ６）。ステップＳ５及びＳ６は、第２制御部が実行する処理の一例である。

次にＥＣＵ１００は、吸気行程噴射の実行回数が目標回数となったか否かを判定する（ステップＳ７）。吸気行程噴射の目標回数は、始動要求時のエンジン１０への要求トルクが大きいほど、少なく設定される。ステップＳ７でＮｏの場合には、再度目標噴射量が算出されて吸気行程噴射が実行される。ステップＳ７でＹｅｓの場合には、本制御を終了する。このように、圧縮行程噴射及び吸気行程噴射がそれぞれの目標回数だけ実行されると、エンジン１０の始動が完了する。

以上のように、エンジン１０の始動時に筒内噴射弁４１ｄにより燃料噴射を行う場合に、吸気行程噴射での燃料噴射量は、圧縮行程噴射での燃料噴射量よりも増大している。このため、吸気行程噴射での実際に燃焼に寄与する燃料量が不足して燃焼状態が不安定となることを抑制できる。

上記実施例では、単一のＥＣＵ１００によりハイブリッド車両を制御する場合を例示したが、これに限定されない。例えばエンジン１０を制御するエンジンＥＣＵ、モータ１５を制御するモータＥＣＵ、Ｋ０クラッチ１４を制御するクラッチＥＣＵ等の複数のＥＣＵによって、上述した制御を実行してもよい。

上記実施例では、エンジン１０とモータ１５との間にＫ０クラッチ１４が設けられたハイブリッド車両１を例示したが、これに限定されない。例えば駆動輪に連結された駆動軸にプラネタリギヤを介してエンジン及び第１モータが接続すると共に、駆動軸に第２モータが接続したハイブリッド車両であってもよい。また、ハイブリッド車両１に限定されずエンジン車両であってもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ エンジン
１４ Ｋ０クラッチ
１５ モータ
４１ｄ 筒内噴射弁
１００ ＥＣＵ（第１制御部、第２制御部）

Claims (1)

1. 圧縮行程での燃料噴射である圧縮行程噴射、及び吸気行程での燃料噴射である吸気行程噴射を実行可能な筒内噴射弁を有した内燃機関の始動制御装置において、
   前記内燃機関の始動要求がある場合に前記圧縮行程噴射を実行する第１制御部と、
   前記圧縮行程噴射の実行後に、燃料噴射量を前記圧縮行程噴射での燃料噴射量よりも増量して前記吸気行程噴射を実行する第２制御部と、を備えた内燃機関の始動制御装置。

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