(57)【要約】【課題】Ｋ０クラッチを介して電動機からクランク軸に付与されるアシストトルクの大きさ及びタイミングの適正化を図り、安定した着火始動を実現する。【解決手段】内燃機関の停止時に膨張行程で停止している対象気筒に対して燃料噴射および点火を実行する。そして、燃料噴射の開始から燃焼が始まるまでの間にＫ０クラッチの係合を開始し、クランク軸が回転しない程度の大きさの初期値に設定されたアシストトルクをクランク軸へ付与するとともに、初期値の分だけ電動機のアウトプットトルクを増大させる。その後、対象気筒における筒内圧の上昇が検知された場合、アシストトルク及びアウトプットトルクを所定の上昇速度で上昇させていく。そして、対象気筒における筒内圧がピークに達したことが検知された場合、筒内圧のピーク値を取得し、アシストトルク及びアウトプットトルクを筒内圧ピーク値に応じた値に設定する。【選択図】図２
2015171878.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と筒内圧センサとを備える火花点火式の内燃機関と、前記内燃機関のクランク軸を回転駆動可能な電動機と、前記内燃機関と前記電動機との間の動力伝達経路を連結又は遮断させるＫ０クラッチとを備える車両の制御装置において、
前記内燃機関の停止時に膨張行程で停止している対象気筒に対して燃料噴射および点火を実行する手段と、
前記燃料噴射の開始から燃焼が始まるまでの間に前記Ｋ０クラッチの係合を開始し、前記クランク軸が回転しない程度の大きさの初期値に設定されたアシストトルクを前記クランク軸へ付与するとともに、前記初期値の分だけ前記電動機のアウトプットトルクを増大させる手段と、
前記対象気筒における筒内圧の上昇が検知された場合、前記アシストトルク及び前アウトプットトルクを所定の上昇速度で上昇させていく手段と、
前記対象気筒における筒内圧がピークを過ぎたことが検知された場合、当該筒内圧のピーク値を取得し、前記アシストトルク及び前アウトプットトルクを当該ピーク値に応じた値に設定する手段と、
を備えることを特徴とする車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両の制御装置に係り、特に、内燃機関と電動機とを動力源として備える車両を制御する装置として好適な車両の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、内燃機関と電動機とを動力源として備え、膨張行程噴射を利用した燃焼始動（着火始動）を行うハイブリッド車両用の駆動制御装置が開示されている。この従来の駆動制御装置では、着火始動時に駆動輪側からのトルクが内燃機関に付与されるタイミングに合わせて、内燃機関の点火および燃焼を開始させることとしている。また、内燃機関の着火始動の際に駆動輪側から内燃機関側にトルクが奪われることに起因するトルクショックの発生を回避するために、電動機のトルク増加が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２０１４１３号公報
【特許文献２】特開２０１３−０９５１５５号公報
【特許文献３】特開２００７−０９２６７９号公報
【特許文献４】特開２０１３−０９５１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
着火始動を実現する際における、電動機からのトルクをクランク軸に付与するタイミング及び、付与するトルクの大きさが適正でないと、着火始動を確実に実現できない可能性がある。しかし、トルク付与の最適なタイミングや付与するトルクの適正値は、筒内圧挙動のばらつきによって変化する。この点、特許文献１の技術では、筒内圧挙動のばらつきにトルクの大きさや付与タイミングを対応させることは難しい。
【０００５】
ここで筒内圧挙動は、内燃機関の燃焼のばらつきにより変化する。また筒内圧挙動は、内燃機関の摺動部のフリクションが、内燃機関の機差、環境条件（内燃機関の冷却水温度や潤滑油温度など）の変動および内燃機関の経年変化などの影響を受けて変動することによっても変化する。
【０００６】
このような筒内圧挙動の変化の影響を排除して着火始動を確実に実現できるようにするために、余裕をもって大きなトルクを付与することとすると、電動機の消費電力が増加する。電動機の消費電力の増加は、電動機の駆動力を利用した車両走行領域の拡大による内燃機関の燃費向上の観点からは、好ましいものではない。従って、燃費向上を図るためには、着火始動時に内燃機関のクランク軸に付与するトルクは、安定した着火始動の実現に寄与しつつ、できるだけ低減されることが望ましい。
【０００７】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、内燃機関の経年変化や燃焼のばらつきなどの影響に対応しつつ、内燃機関のクランク軸に付与される電動機からのアシストトルクの大きさ及び付与タイミングの適正化を図り、安定した着火始動を実現することのできる車両の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る車両の制御装置は、上記目的を達成するため、
筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と筒内圧センサとを備える火花点火式の内燃機関と、前記内燃機関のクランク軸を回転駆動可能な電動機と、前記内燃機関と前記電動機との間の動力伝達経路を連結又は遮断させるＫ０クラッチとを備える車両の制御装置において、
前記内燃機関の停止時に膨張行程で停止している対象気筒に対して燃料噴射および点火を実行する手段と、
前記燃料噴射の開始から燃焼が始まるまでの間に前記Ｋ０クラッチの係合を開始し、前記クランク軸が回転しない程度の大きさの初期値に設定されたアシストトルクを前記クランク軸へ付与するとともに、前記初期値の分だけ前記電動機のアウトプットトルクを増大させる手段と、
前記対象気筒における筒内圧の上昇が検知された場合、前記アシストトルク及び前アウトプットトルクを所定の上昇速度で上昇させていく手段と、
前記対象気筒における筒内圧がピークを過ぎたことが検知された場合、当該筒内圧のピーク値を取得し、前記アシストトルク及び前アウトプットトルクを当該ピーク値に応じた値に設定する手段と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る車両の制御装置によれば、燃焼による筒内圧の上昇に応じてクランク軸に付与されるアシストトルクが上昇させられ、筒内圧がピークを過ぎたことが検知されたら筒内圧のピーク値を取得し、筒内圧のピーク値に応じた値にアシストトルクが設定される。これにより、経年劣化や燃焼のばらつき等によって生じる筒内圧挙動の変化に対応して、最適な大きさのアシストトルクを付与することができる。従って、着火始動の安定化を図ることができると共に、電動機の消費電力を抑え、燃費向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態の制御装置が適用されるハイブリッド車両の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における特徴的な制御について説明するためのタイミングチャートである。
【図３】本発明の実施の形態における筒内圧ピーク値ＰｍａｘとＫ０アシストトルクの目標値Ｔ２との関係について説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態においてＥＣＵが実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［実施の形態のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態の制御装置が適用されるハイブリッド車両１０の構成を示す図である。図１に示すハイブリッド車両１０は、駆動輪１２を駆動するための動力源として、内燃機関１４と、モータージェネレーター（以下、単に「ＭＧ」と称する）１６とを備えている。
【００１２】
内燃機関１４は、火花点火式の内燃機関として構成され、スロットルバルブ１８、燃料噴射弁２０および点火プラグ２２などを備えている。スロットルバルブ１８は、内燃機関１４の吸入空気量を調整する。燃料噴射弁２０は、内燃機関１４の各気筒内に直接燃料を噴射する。点火プラグ２２は、筒内の混合気に点火するためのものである。ＭＧ１６は、発電機としての機能と電動機としての機能とを併せ持っており、インバーターを介してバッテリー（何れも図示省略）との間で電力のやり取りを行う。
【００１３】
内燃機関１４の出力軸（クランク軸）１４ａは、Ｋ０クラッチ２４を介してＭＧ１６の出力軸１６ａに連結されている。Ｋ０クラッチ２４は、内燃機関１４のクランク軸１４ａ側に設けられたクラッチ板２４ａとＭＧ１６の出力軸１６ａ側に設けられたクラッチ板２４ｂとを有する。Ｋ０クラッチ２４は、Ｋ０アクチュエータ２６によって、クラッチ板２４ａとクラッチ板２４ｂとの係合と当該係合の解除とを行うことにより、内燃機関１４とＭＧ１６との間の動力伝達経路を連結／遮断させる。Ｋ０クラッチ２４が係合されると、内燃機関１４の駆動力のみ、または内燃機関１４の駆動力とＭＧ１６の駆動力との合力が駆動輪１２に伝達される。また、Ｋ０クラッチ２４が切り離される（係合解除）と、ＭＧ１６の駆動力のみが駆動輪１２に伝達される。なお、Ｋ０アクチュエータ２６は、Ｋ０クラッチ２４のストロークを計測するためのセンサを内蔵している。
【００１４】
本実施形態に係るハイブリッド車両１０の制御装置は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリ等からなる記憶回路と、入出力ポートとを備えた演算処理装置により構成されている。
【００１５】
ＥＣＵ５０の入力側には、ハイブリッド車両１０に備えられた各種センサが接続されている。具体的に、内燃機関１４には、吸入空気量を計測するためのエアフローメータ５２、クランク角度およびエンジン回転速度を計測するためのクランク角センサ５４、各気筒の筒内圧を計測するための筒内圧センサ５６、内燃機関１４の冷却水の温度を計測するための水温センサ５８、そして内燃機関１４の潤滑油の温度を計測するための油温センサ６０が取り付けられている。また、ＭＧ１６には、モータ回転速度を計測するためのＭＧ回転速度センサ６２が取り付けられている。ＥＣＵ５０の出力側には、上述したスロットルバルブ１８、燃料噴射弁２０、点火プラグ２２、及びＫ０アクチュエータ２６等の各種アクチュエータが接続されている。
【００１６】
ＥＣＵ５０は、取り込んだ各センサの信号を処理して所定の制御プログラムにしたがって各アクチュエータを操作することにより、ハイブリッド車両１０が備える内燃機関１４の駆動、ＭＧ１６の駆動、Ｋ０クラッチ２４の係合動作、トルクコンバーターのロックアップクラッチの作動等を制御する。なお、ＥＣＵ５０に接続されるアクチュエータやセンサは図中に示す以外にも多数存在するが、本明細書においてはその説明は省略する。
【００１７】
［実施の形態の制御］
（エンジン自動停止機能）
ハイブリッド車両１０は、燃費低減及び排気エミッション低減等を図るため、エンジン自動停止機能を有している。車両走行中に車両駆動トルクを発生させたり、バッテリーを充電したりする要求がない場合には、エンジン自動停止機能によって、車両の走行中もしくは一時停止中に、内燃機関１４は自動的に停止し、その後に再始動要求が認められる場合に、内燃機関１４が再始動する。
【００１８】
（モーターアシストを伴う着火始動）
ハイブリッド車両１０では、上記の内燃機関１４の自動停止後に内燃機関１４を再始動する際、膨張行程で停止している気筒に対して燃料噴射および点火を行う。その結果、当該気筒において燃焼が発生し、燃焼の圧力でクランク軸１４ａが回転駆動する。これにより内燃機関１４を始動（再始動）する。このような態様の始動手法を、以下、「着火始動」とも称する。この着火始動により、スターターモーターとして機能する電動機を用いた場合の再始動と比べて、消費電力を抑制し燃費改善を図ることができる。
【００１９】
更に、本実施形態のハイブリッド車両１０は、着火始動を確実に実現できるようにするために、ＭＧ１６を電動機として機能させて、着火始動時のクランク軸１４ａの回転のアシストを行う。
【００２０】
図２は、本発明の実施の形態における特徴的な制御について説明するためのタイミングチャートである。より具体的に図２は、着火始動時に最初に燃焼が行われる気筒（対象気筒）での動作を示している。図２の例では、時点ｔ０において、着火始動が開始される。着火始動開始により、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、膨張行程で停止している気筒への燃料噴射および点火が開始される。ここで、点火動作（点火コイルの通電ＯＮ）は、所定の周期で繰り返し実行され、これにより膨張行程における着火実現が図られる。やがて、図２（Ｃ）に示されるように、着火の成立に伴い筒内圧が上昇を開始する（時点ｔ２）。筒内圧は上昇を続けていくが、やがて、筒内圧はピークを過ぎ、ピストンが押し下げられることに伴う行程容積の減少によって低下し始める。従って、筒内圧がピークに達した時点ｔ３は、燃焼によるトルクがフリクショントルクに打ち勝つことによって、ピストン（クランク軸１４ａ）が動き始める時点である。
【００２１】
本実施の形態では、図２の（Ｄ）に示されるように、燃料噴射を開始してから所定時間ｔが経過するまでＫ０クラッチ２４を待機させ、所定時間ｔが経過した時点１においてＫ０クラッチ２４の係合を開始する。このとき、Ｋ０クラッチ２４を介してクランク軸１４ａへ付与されるＫ０アシストトルクは、クランク軸１４ａが回転しないように、静止摩擦係数から決まるフリクショントルク以下の値に設定された初期値Ｔ１に調整される。所定時間ｔと初期値Ｔ１は予め適合によって決定され、メモリに記憶されている。また、図２の（Ｅ）に示されるように、車両の駆動トルクの低下を防止するため、ＭＧ１６のアウトプットトルクであるＭＧトルクは、そのベース値Ｔ０に対して初期値Ｔ１の分だけ増大される。なお、燃料噴射を開始して直ぐにＫ０クラッチ２４を係合させないのは、Ｋ０アシストトルクの付与によるエネルギーのロスを必要最低限に抑えるためである。
【００２２】
本実施の形態では、図２の（Ｄ）に示されるように、時点ｔ２において筒内圧が上昇し始めたら、Ｋ０アシストトルクを所定の上昇速度で上昇させていく。また、図２の（Ｅ）に示されるように、Ｋ０アシストトルクの上昇に合わせてＭＧトルクも所定の上昇速度で上昇させていく。このときの上昇速度は予め適合によって決定され、メモリに記憶されている。
【００２３】
やがて、筒内圧が上昇から低下に切り替わったことが検知されたら、すなわち、筒内圧がピークを過ぎたら、図２の（Ｄ）に示されるように、前述の初期値Ｔ１にＫ０クラッチ２４の係合を完了させるための目標値Ｔ２を加算し、その合計値Ｔ１＋Ｔ２をＫ０アシストトルクの最終目標値として設定する。また、図２の（Ｅ）に示されるように、ＭＧトルクのベース値Ｔ０に対する増加分をＫ０アシストトルクの初期値Ｔ１に目標値Ｔ２を加算した値Ｔ１＋Ｔ２に設定する。
【００２４】
本実施の形態では、Ｋ０アシストトルクの目標値Ｔ２を筒内圧のピーク値Ｐｍａｘに応じて決定する。図３は、本実施の形態における筒内圧ピーク値ＰｍａｘとＫ０アシストトルクの目標値Ｔ２との関係について説明するための図である。図３において横軸は筒内圧ピーク値Ｐｍａｘ、縦軸はＫ０アシストトルクの目標値Ｔ２を表している。筒内圧がピークを過ぎたことを検知した時点でＫ０クラッチ２４の係合を完了する場合において、必要となるＫ０アシストトルクは、筒内圧のピーク値Ｐｍａｘが大きい程小さくて済む。着火始動時に必要となるＫ０アシストトルクの目標値Ｔ２と筒内圧ピーク値Ｐｍａｘとの具体的な相関関係は実験やシミュレーション等によって求めることができる。ＥＣＵ５０には、筒内圧ピーク値ＰｍａｘとＫ０アシストトルクの目標値Ｔ２との関係を定めたマップが記憶される。
【００２５】
このように、筒内圧がピークを過ぎたことが検知されたら直ぐに筒内圧ピーク値Ｐｍａｘを取得し、筒内圧ピーク値Ｐｍａｘに応じた適正なＫ０アシストトルクが付与されるように制御することで、安定した着火始動を実現することができる。また、Ｋ０アシストトルクを余裕をもって大きくする必要がないため、ＭＧ１６の消費電力の増加を抑制することができる。従って、ＭＧ１６の駆動力を利用した車両走行領域（ＥＶ走行領域）の拡大を図り、内燃機関の燃費向上を図ることができる。
【００２６】
［実施の形態の具体的な制御］
図４は、本発明の実施の形態においてＥＣＵ５０が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図４のルーチンは一定時間ごとに繰り返し実行されるルーチンである。図４のルーチンでは、まず、ステップＳ１００において内燃機関１４が停止しているか否かが判別される。ステップＳ１００において内燃機関１４の停止が認められない場合には、今回の処理は一旦終了する。
【００２７】
一方、ステップＳ１００において内燃機関１４の停止中であることが認められると、次に、着火始動の要求があったか否かが判定される（Ｓ１０２）。着火始動の要求には、アクセルペダルの操作を介して伝えられるユーザのトルク要求と、バッテリの残量が低下した場合に発せられるバッテリ充電要求とが含まれる。ステップＳ１０２において着火始動の要求が認められない場合には、今回の処理は一旦終了する。
【００２８】
一方、ステップＳ１０２において着火始動の要求が認められると、次に、着火始動が開始される（Ｓ１０４）。具体的には、膨張行程で停止している気筒に対して燃料噴射が開始され、点火が行われる。
【００２９】
そして、燃料噴射の開始から所定時間ｔが経過したか否かが判定される（Ｓ１０６）。ステップＳ１０６において所定時間ｔの経過が認められない場合、ステップＳ１０６において所定時間ｔの経過が認められるまで、ステップＳ１０６の処理が一定時間ごとに繰り返し実行され、その間、Ｋ０クラッチ２４は解放された状態で待機される。
【００３０】
一方、ステップＳ１０６において所定時間ｔの経過が認められると、次に、クランク軸１４ａを回転させない程度の大きさの初期値Ｔ１がＫ０アシストトルクに設定され、Ｋ０クラッチ２４の係合が開始される（Ｓ１０８）。また、Ｋ０アシストトルクに初期値Ｔ１が与えられるのと合わせて、ＭＧ１６が出力するＭＧトルクは初期値Ｔ１の分だけ増加される（Ｓ１１０）。
【００３１】
次に、筒内圧が上昇し始めたか否かが判定される（Ｓ１１２）。具体的には筒内圧センサ５６の出力がＥＣＵ５０に取り込まれ、その出力に基づいて判定が行われる。筒内圧が上昇したか否かは、例えば、筒内圧の今回値が前回値よりも大きくなったかどうか、或いは、筒内圧が所定の閾値を超えたかどうかによって判定することができる。ステップＳ１１２において筒内圧の上昇が認められない場合、ステップＳ１１２において筒内圧の上昇が認められるまで、ステップＳ１１２の処理が一定時間ごとに繰り返し実行される。
【００３２】
一方、ステップＳ１１２において筒内圧の上昇が認められると、Ｋ０アシストトルクとＭＧトルクのそれぞれの上昇が開始される（Ｓ１１４）。
【００３３】
次に、筒内圧センサ５６の出力に基づいて、筒内圧がピークを過ぎたか否かが判定される（Ｓ１１６）。筒内圧がピークを過ぎたか否かは、例えば、筒内圧の変化が上昇から低下に切り替わったかどうかによって判定することができる。より具体的には、筒内圧の前回値が前々回値よりも大きく、今回値が前回値よりも小さい場合、筒内圧がピークを過ぎたと判定することができる。ステップＳ１１６において筒内圧がピークを過ぎたことが認められない場合、ステップＳ１１６において筒内圧がピークを過ぎたことが認められるまで、ステップＳ１１６の処理が一定時間ごとに繰り返し実行される。その間、Ｋ０アシストトルクとＭＧトルクは所定の上昇速度で上昇し続ける。
【００３４】
一方、ステップＳ１１６において筒内圧がピークを過ぎたことが認められると、筒内圧のピーク値Ｐｍａｘが取得される（Ｓ１１８）。そして、ピーク値Ｐｍａｘに応じたＫ０アシストトルクの目標値Ｔ２がマップに従って算出される（Ｓ１２０）。
【００３５】
次に、初期値Ｔ１を基準とするＫ０アシストトルクの最終目標値がＴ２に設定され、ＭＧトルクのベース値Ｔ０に対する増加分がＫ０アシストトルクの初期値Ｔ１に目標値Ｔ２を加算した値Ｔ１＋Ｔ２に設定される（Ｓ１２２）。これにより、Ｋ０クラッチ２４の係合が完了して今回の処理は終了する。
【００３６】
以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【符号の説明】
【００３７】
１０  ハイブリッド車両
１２  駆動輪
１４  内燃機関
１４ａ  クランク軸
１６ａ  出力軸
１８  スロットルバルブ
２０  燃料噴射弁
２２  点火プラグ
２４  Ｋ０クラッチ
２４ａ  クラッチ板
２４ｂ  クラッチ板
２６  アクチュエータ
５６  筒内圧センサ
【図１】
2015171878.tif 000003
【図２】
2015171878.tif 000004
【図３】
2015171878.tif 000005
【図４】
2015171878.tif 000006