JP4298937B2

JP4298937B2 - 車両の制御装置

Info

Publication number: JP4298937B2
Application number: JP2001189504A
Authority: JP
Inventors: 英一大津; 正美永野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-06-22
Filing date: 2001-06-22
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2021-06-22
Also published as: JP2003003888A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車両の制御装置に係り、特に、燃料噴射供給式の内燃機関と機関始動用の電動機とを有する車両の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料噴射供給式の内燃機関では、冷間始動時等、内燃機関が冷えた状態にて排気行程で燃料噴射が行われると、燃料が吸気管で凝縮して吸気通路壁面に付着し、滞留し、気筒に対する燃料供給性能が悪化するため、従来技術として、特許第２５６９７４号公報に示されているように、内燃機関が冷えた状態にある時には、気筒への空気の流れがある吸気行程で燃料を噴射して、気筒に対する燃料供給性能を改善し、内燃機関の温度を冷却水温度で捕らえ、冷却水温度の上昇に応じて燃料噴射タイミングを吸気行程から排気行程に移行することで、排気ガス特性、燃費の向上を図るものがある。
【０００３】
また、車両の走行駆動を行う内燃機関と電動機とを有するハイブリッド車両では、特開平９−１８４４３９号公報に記載のように、燃料の壁面への付着量が不安定状態では、内燃機関の運転状態を継続して内燃機関による運転モードより電動機による運転モードに切り換えられることを禁止し、この禁止制御によって内燃機関の運転停止時には燃料の壁面付着量が安定状態になっていることを確保し、機関再始動時の壁面付着燃料量を容易に予測できるようにして空燃比制御の精度を高め、内燃機関の排気ガス特性の改善を図るものがある。
【０００４】
ハイブリッド車両における上述の問題と同等の問題に鑑みてなされた他の従来技術として、特開平１１−２１０５２１号公報に示されているように、筒内燃料噴射の直噴型内燃機関において、燃料の噴射タイミングを吸気行程内で、内燃機関の暖機状態に応じて変更するものや、特開平１１−５０８９３号公報に示されているように、冷間始動直後と所定時間経過後とで、燃料噴射モードを吸気同期噴射と吸気非同期噴射とに切り換えるものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、機関冷間時に、気筒への空気の流れがある吸気行程で燃料を噴射することは、気筒に対する燃料供給性能を改善するが、燃料と空気の混合不足に起因した炭化水素排出量の増加と内燃機関の出力低下を招く傾向があるから、このような燃料噴射モードは可及的速やかに終了して燃料噴射時期を排気行程へ移行すべきである。
【０００６】
また、ハイブリッド車両において、燃料の壁面付着量が不安定な状態であるからと、内燃機関の運転状態を継続して内燃機関による運転モードより電動機による運転モードに切り換えられることを禁止すると、燃費及び排気性能の改善が損なわれることになる。
【０００７】
本発明は、上述の如き課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、機関始動後、内燃機関の壁面温度を速やかに上昇させて燃料噴射タイミング（燃料噴射の開始タイミング）を吸気行程より速やかに排気行程に移行させることができ、燃費、排気及び動力性能を改善する車両の制御装置を提供することにあり、特に、加速アシストにも使える電動機を内燃機関の始動に使うハイブリッド車両であれば、始動時の内燃機関の回転数上昇時間やポンピングによる内燃機関の壁面温度上昇時間の短縮が可能であることに着目してなされたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による車両の制御装置は、各気筒へ燃料を噴射供給する燃料噴射手段を有し車両の走行駆動を行う内燃機関と、該内燃機関を始動する電動機と、該電動機へ電力を供給する電池とを備え、機関始動時には、前記電動機により前記内燃機関をポンピング駆動し、当該内燃機関の回転数が所定の設定値になれば、吸気行程の燃料噴射タイミングをもって前記燃料噴射手段による燃料噴射を開始する燃料噴射制御を行うものである。
【０００９】
この発明による車両の制御装置によれば、機関始動時に電動機によって内燃機関がポンピング駆動され、内燃機関の壁面温度の上昇時間が短縮され、機関回転数が所定の設定値になれば、吸気行程の燃料噴射タイミングをもって燃料噴射手段による燃料噴射が開始される。
本発明による車両の制御装置は、さらに、前記内燃機関の機関回転回数あるいは燃料噴射回数を計数し、機関回転回数あるいは燃料噴射回数の計数値に応じて、燃料噴射タイミングを吸気行程から排気行程へ移行する燃料噴射タイミング制御を行うものである。
【００１０】
内燃機関の機関回転回数、燃料噴射回数は内燃機関の壁面温度と相関性を有しているから、これらの計数値に応じて燃料噴射タイミングが吸気行程から排気行程へ移行することで、内燃機関の壁面温度の上昇に応じて燃料噴射タイミングが吸気行程から排気行程へ適切に移行する。
また、本発明による車両の制御装置は、前記内燃機関の冷却水温度などより機関暖機状態を検出し、機関暖機状態が進む程、燃料噴射タイミングを吸気行程から排気行程へ移行する燃料噴射タイミング制御を行うこともできる。
【００１１】
また、上記目的を達成するために、本発明による車両の制御装置は、各気筒へ燃料を噴射供給する燃料噴射手段を有し車両の走行駆動を行う内燃機関と、該内燃機関を始動する電動機と、該電動機へ電力を供給する電池とを備えた車両の制御装置において、機関始動時に、前記電動機により前記内燃機関をポンピング駆動し、当該内燃機関の回転数が所定の設定値になり、且つ当該内燃機関の機関回転回数が所定の設定値になれば、前記燃料噴射手段による燃料噴射を開始する燃料噴射制御を行うものである。
【００１２】
この発明による車両の制御装置によれば、機関始動時に電動機によって内燃機関がポンピング駆動され、内燃機関の壁面温度の上昇時間の短縮がされ、機関回転数が所定の設定値になり、且つ当該内燃機関の機関回転回数が所定の設定値になれば、燃料噴射手段による燃料噴射が開始される。
【００１３】
本発明による車両の制御装置は、更に、前記内燃機関の冷却水温度などより機関暖機状態を検出し、機関暖機状態が進む程、燃料噴射を開始する前記機関回転回数の設定値を低減するものであり、燃料噴射を開始する機関回転回数の設定値を機関暖機状態に応じて過不足なく適切に設定することができる。
また、本発明による車両の制御装置は、電動機の電力確保のために、前記電池の充電残量を検出し、充電残量が所定の設定値以下である場合には、前記電動機による前記内燃機関のポンピング駆動を禁止し、前記燃料噴射手段による燃料噴射を開始する燃料噴射制御を行うものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態による車両の制御装置を組込んだハイブリッド車両の主要構成を示している。
【００１５】
ハイブリッド車両は、内燃機関（エンジン）１と、回転電気機械であるモータジェネレータ（以下ＭＧと云う）２とを有し、これらを動力源としてクラッチ３、変速機４を介して車輪５に駆動力を伝達する。
車両の制御装置であるハイブリッド制御装置（ＨＣＵ）６は、キースイッチ７の信号によりハイブリッド車両システムの起動および停止を行い、アクセルペダル８、ブレーキペダル９の操作信号に応じて車輪５に必要なトルクが与えられるように、エンジン１の制御装置（ＥＣＵ）１０と、ＭＧ２を制御するインバータ１１と、クラッチ３とに指令信号を出力する。
【００１６】
ＭＧ２は、二次電池であるバッテリ１２を電源としており、バッテリ１２の電気エネルギをインバータ１１によって交流に変換してＭＧ２に与えることで、ＭＧ２が、駆動力を発生し、ベルト１３を介してつながるエンジン１の始動や車輪５の駆動を行う。
【００１７】
バッテリ１２は、ＨＣＵ６などの電源である１２Ｖバッテリとは別のもので、本実施の形態では４２Ｖバッテリであり、車輪５の運動エネルギあるいはエンジン１の駆動力によりＭＧ２を回転させて発電し、インバータ１１によって直流に変換して充電する。
【００１８】
エンジン制御を行うＥＣＵ１０は、クランク角センサ１４よりの信号より求められたエンジン回転数とＨＣＵ６よりのトルク指令値より求めるスロットル弁１５の目標開度をスロットル開度制御装置１６に指令し、空気流量を制御する。また、ＥＣＵ１０は、水温センサ１７が検出するエンジン冷却水温や排気側にある酸素濃度センサ１８の検出信号などにより燃料噴射装置１９の燃料噴射時間を制御する。
【００１９】
燃料と空気の混合気は、吸気弁２０により開閉される吸気ポート２１からシリンダ内の燃焼室２２へ吸込まれ、点火装置２３によって着火される。混合気の爆発エネルギによってピストン２４を動かし、車輪５やＭＧ２を駆動する。燃焼ガスは、排気弁２５によって開閉される排気ポート２６から燃焼室２２外に排出され、触媒コンバータ２７で浄化された後、大気中へ排出される。
【００２０】
ＨＣＵ６やＥＣＵ１０は、機関始動時に、ＭＧ２により内燃機関１をポンピング駆動し、内燃機関１の回転数Ｎｅが所定の設定値になり、且つ内燃機関１の回転回数（ポンピング回数）Ｃが所定の設定値になれば、吸気行程の燃料噴射タイミング（燃料噴射の開始タイミング）をもって燃料噴射装置１９による燃料噴射を開始し、内燃機関１の回転回数Ｃの計数値に応じて、燃料噴射タイミングを吸気行程から排気行程へ移行する燃料噴射タイミング制御を行う。なお、バッテリ１２の充電残量ＳＯＣが所定の設定値以下で、バッテリ電力が不足している場合には、回転数Ｎｅや回転回数Ｃの計数値の如何に拘わらず、ＭＧ２による内燃機関１のポンピング駆動を禁止し、燃料噴射装置１９による燃料噴射を開始する。内燃機関１の回転回数Ｃは、クランク角センサ１４の出力信号より計測することができる。
【００２１】
ＥＣＵ１０やインバータ１１へ指令値を与えるＨＣＵ６に組み込まれるソフトウェアの実行により具現されるハイブリッド車両の制御処理を図２に示されているフローチャートを参照して説明する。なお、本処理は、１０ｍｓ毎に実行する。
【００２２】
まず、キースイッチ７およびアクセルペダル８、ブレーキペダル９の操作信号を入力する（ステップ１０１）。
つぎに、ＥＣＵ１０やインバータ１１に対してトルク指令値や燃料噴射禁止指令値、ポンピングロス制御種別等のデータを送信し、インバータ１１からはＭＧ２の回転数やバッテリ１２の充電残量ＳＯＣのデータを、ＥＣＵ１０からはエンジン回転数Ｎｅ、エンジン冷却水温Ｔｗ、機関回転回数Ｃの各データを受信する（ステップ１０２）。
【００２３】
つぎに、キースイッチ７およびアクセルペダル８の操作信号、エンジン冷却水温Ｔｗ、完爆判定情報より運転モードを判定する（ステップ１０３）。
エンジン冷却水温Ｔｗが低い、あるいはアクセルペダル８が踏み込まれている、あるいはブレーキペダル９が解放されている場合には、「エンジン始動モード」であると判定し（ステップ１０４肯定）、エンジン始動制御を実行する（ステップＳ１０５）。
【００２４】
これに対し、エンジン冷却水温Ｔｗが高く、アクセルペダル８が解放されていて、しかも、ブレーキペダル９が踏み込まれている場合には、「アイドル停止モード」であると判定し（ステップ１０６肯定）、アイドル停止制御を実行する（ステップＳ１０７）。アイドル停止制御では、後述する燃料噴射許可フラグをクリアし、内燃機関１の運転を停止し、燃料を消費しないようにすることが行われる。
【００２５】
いずれでもない場合には（ステップ１０６否定）、「走行・発電モード」として、アクセルペダル８の開度（アクセル操作量）およびエンジン回転数Ｎｅから必要駆動力に相当する目標トルクＴｏを決める（ステップ１０８）。つぎに、目標トルクＴｏに基づいて、ＭＧ２のトルク指令値（目標駆動トルク）ＴＭｏと、内燃機関１のトルク指令値（目標駆動トルク）ＴＥｏを算出し、目標トルクＴｏを分配する（ステップ１０９）。
エンジン始動制御の詳細を、図３に示されているフローチャートを参照して説明する。
【００２６】
まず、ＭＧ２に対する回転数指令値（本実施の形態では、例えば、毎分１１００回転）を設定する（ステップ２０１）。これにより、ＭＧ２が回転数指令値をもって回転駆動され、内燃機関１がポンピング駆動される。
つぎに、燃料噴射の開始を許可する機関回転回数Ｃの設定値Ｃｏを機関暖機状態を示す物理量に応じて、この実施の形態では、エンジン冷却水温Ｔｗに応じて設定する（ステップ２０２）。この実施の形態では、設定値Ｃｏは、図４に示されているように、０から５０の値を取り、エンジン冷却水温Ｔｗ＝−３０℃でＣｏ＝５０、エンジン冷却水温Ｔｗ＝６０℃でＣｏ＝０の一次関数である。
【００２７】
つぎに、機関回転回数Ｃ＞設定値Ｃｏであるか否かを判定する（ステップ２０３）。Ｃ＞Ｃｏであれば（ステップ２０３肯定）、エンジン回転数Ｎｅが予め設定されている燃料噴射を始める回転数Ｎｓ（たとえば、毎分９００回転程度）より大きくなったか否かを判定する（ステップ２０４）。Ｎｅ＞Ｎｓであれば（ステップ２０４肯定）、燃料噴射許可フラグをセットする（ステップＳ２０５）。
【００２８】
Ｃ＞Ｃｏでないとき（ステップ２０３否定）、あるいはＮｅ＞Ｎｓでないとき（ステップ２０４否定）には、バッテリ２の充電残量ＳＯＣが始動判定用の残量ＳＯＣｉより大きいか否かを判定する（ステップ２０６）。バッテリ２の充電残量ＳＯＣが始動判定用の残量ＳＯＣｉに満たない場合には（ステップ２０６否定）、その時の機関回転回数Ｃやエンジン回転数Ｎｅに拘わらず、燃料噴射許可フラグをセットする（ステップＳ２０５）。
これに対し、充電残量ＳＯＣ＞始動判定用残量ＳＯＣｉであれば（ステップ２０６肯定）、燃料噴射許可フラグをクリアし、燃料噴射禁止状態とする（ステップ２０７）。
【００２９】
上述の制御により、充電残量ＳＯＣ＞始動判定用残量ＳＯＣｉであれば、Ｃ＞Ｃｏと、Ｎｅ＞Ｎｓの２個の条件が真になるまで、ＭＧ２による内燃機関１のポンピングが行われる。
【００３０】
つぎに、、ＥＣＵ１０に組み込まれたソフトウェアの実行により具現される燃料噴射などエンジン制御処理を図５に示されているフローチャートを参照して説明する。なお、本処理は、１０ｍｓ毎に実行する。
まず、エンジン回転センサ１４、水温センサ１７、酸素濃度センサ１８の各々よりの出力信号の入力処理を行う（ステップ３０１）。
【００３１】
つぎに、ＨＣＵ６に対してエンジン回転数Ｎｅ、エンジン冷却水温Ｔｗ、機関回転回数Ｃ、そして完爆判定情報などのデータを送信し、ＨＣＵ６より運転モードや燃料噴射の許可／禁止フラグ、内燃機関１の目標駆動トルクＴＥｏなどのデータ（情報）を受信する（ステップＳ３０２）。
【００３２】
つきに、ＨＣＵ６から与えられた情報及び検出したエンジン回転数Ｎｅから必要空気量Ｑａを算出し、該必要空気量Ｑａが得られるよう、スロットル開度制御装置１６を介してスロットル弁１５の開度を制御する（ステップＳ３０３）。
つぎに、燃料噴射装置１９による燃料噴射を制御し（ステップ３０４）、次いで、吸気弁２０、排気弁２５の開閉を制御をする（ステップＳ３０５）。
【００３３】
燃料噴射制御の詳細を図６に示されているフローチャートを参照して説明する。まず、燃料噴射許可フラグがセットされているか否かを判別する（ステップ４０１）。燃料噴射許可フラグがセットされていれば（ステップ４０１肯定）、必要空気量Ｑａ、エンジン回転数Ｎｅ、エンジン冷却水温Ｔｗ、そして、酸素濃度センサ１８の信号より燃料噴射パルス幅Ｔｉを算出する（ステップＳ４０２）。
【００３４】
つぎに、燃料噴射パルス幅Ｔｉ、エンジン回転数Ｎｅ、エンジン冷却水温Ｔｗ、機関回転回数Ｃより、燃料噴射開始のタイミングＴｉｎｊｓｔを求める（ステップＳ４０３）。燃料噴射開始タイミングＴｉｎｊｓｔは、各気筒の燃料噴射の基準点（例えば、各気筒のリファレンス信号から１１０°遅れた下死点）からの時間であり、機関回転回数Ｃが５０以下では機関回転回数Ｃが増えるほどエンジンの壁面温度が上昇するので、エンジン冷却水温Ｔｗが低い機関冷間時には、燃料噴射開始タイミングＴｉｎｊｓｔを減らし、燃料噴射タイミングを吸気行程側より排気行程側に移行する（ステップ４０３）。
【００３５】
つぎに、燃料噴射パルス幅Ｔｉ、燃料噴射開始タイミングＴｉｎｊｓｔをタイマに設定し、所望の燃料噴射を行う（ステップ４０４）。これにより、内燃機関１が機関回転回数Ｃ（ポンピング回数）及びエンジン冷却水温Ｔｗに対する燃料噴射開始のタイミングＴｉｎｊｓｔは、図７に示されているようになる。
なお、燃料噴射を禁止と判定した場合には（ステップ４０１否定）、燃料噴射を禁止するタイマ値をセットする。
【００３６】
上述したように、内燃機関１の始動時には、燃料噴射を開始する前のＭＧ２によるポンピングによって内燃機関１の壁面温度を上昇させることができ、壁面温度と相関性がある機関回転回数Ｃあるいはエンジン冷却水温Ｔｗにより、燃料噴射の開始タイミングを吸気行程側から排気行程に速やかに移すことができ、燃費、排気及び動力性能の低下を防止する効果が得られる。
【００３７】
また、ＭＧ２によるポンピングを、バッテリ１２の残量ＳＯＣがエンジン始動に必要な始動判定用の残量ＳＯＣｉより大きい場合に限定することで、バッテリ上がりによるエンジン始動不能を防止できる。
なお、壁面温度と相関性がある機関回転回数Ｃは、燃料噴射回数に置き換えることもできる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明による車両の制御装置よれば、内燃機関の始動時に、燃料噴射を開始する前のモータジェネレータ等の電動機によるポンピングによって内燃機関の壁面温度を上昇させ、燃料噴射の開始タイミングを吸気行程側より排気行程に速やかに移すことで、燃費、排気及び動力性能の低下を防止できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態としての車両の制御装置を組込んだハイブリッド車両の主要構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態としてのハイブリッド車両の制御装置におけるハイブリッド制御のフローチャートである。
【図３】本発明による車両の制御装置によるエンジン始動制御の詳細を示すフローチャートである。
【図４】エンジン冷却水温と機関回転回数の設定値との関係を示すグラフである。
【図５】本発明による車両の制御装置によるハイブリッド車両のエンジン制御のフローチャートである。
【図６】本発明による車両の制御装置による燃料噴射制御の詳細を示すフローチャートである。
【図７】燃料噴射開始タイミングの特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１内燃機関
２モータジェネレータ（ＭＧ）
５車輪
６ハイブリッド制御装置（ＨＣＵ）
７キースイッチ
８アクセルペダル
９ブレーキペダル
１０エンジンの制御装置（ＥＣＵ）
１１インバータ
１２バッテリ
１５スロットル弁
１６スロットル開度制御装置
１９燃料噴射装置
２０吸気弁
２２燃焼室
２３点火装置
２４ピストン
２５排気弁

Claims

各気筒へ燃料を噴射供給する燃料噴射手段を有し車両の走行駆動を行う内燃機関と、該内燃機関を始動する電動機と、該電動機へ電力を供給する電池と、を備えた車両の制御装置において、
機関冷間始動時には、前記電動機により前記内燃機関をポンピング駆動し、当該内燃機関の回転数が所定の設定値になり、且つ前記ポンピング駆動による前記内燃機関の回転回数が機関暖機状態を示す物理量に応じて設定された設定値になれば、前記燃料噴射手段による燃料噴射を開始し、前記内燃機関の回転回数に応じて、燃料噴射タイミングを吸気行程から排気行程へ移行することを特徴とする車両の制御装置。
前記内燃機関の冷却水温度などより機関暖機状態を検出し、機関暖機状態が進む程、燃料噴射を開始する前記回転回数の設定値を低減することを特徴とする請求項１に記載の車両の制御装置。
前記電池の充電残量を検出し、充電残量が所定の設定値以下である場合には、前記電動機による前記内燃機関のポンピング駆動を禁止し、前記燃料噴射手段による燃料噴射を開始する燃料噴射制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の車両の制御装置。