特許第6791262号(P6791262)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6791262
(24)【登録日】2020年11月9日
(45)【発行日】2020年11月25日
(54)【発明の名称】エンジンの始動制御装置
(51)【国際特許分類】
   F02D 29/02 20060101AFI20201116BHJP
   F02D 43/00 20060101ALI20201116BHJP
   F02D 45/00 20060101ALI20201116BHJP
   F02D 41/06 20060101ALI20201116BHJP
【FI】
   F02D29/02 321B
   F02D43/00 301V
   F02D43/00 301H
   F02D45/00
   F02D45/00 362
   F02D45/00 360A
   F02D45/00 366
   F02D41/06
【請求項の数】6
【全頁数】24
(21)【出願番号】特願2018-553589(P2018-553589)
(86)(22)【出願日】2016年11月30日
(86)【国際出願番号】JP2016085639
(87)【国際公開番号】WO2018100698
(87)【国際公開日】20180607
【審査請求日】2019年4月12日
(73)【特許権者】
【識別番号】000003137
【氏名又は名称】マツダ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001427
【氏名又は名称】特許業務法人前田特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】冨喜 加奈恵
(72)【発明者】
【氏名】▲高▼橋 康太朗
(72)【発明者】
【氏名】小林 徹
(72)【発明者】
【氏名】菅野 宏
(72)【発明者】
【氏名】立石 昌宏
(72)【発明者】
【氏名】唐津 良平
(72)【発明者】
【氏名】宮東 孝光
(72)【発明者】
【氏名】山▲崎▼ 二朗
【審査官】 戸田 耕太郎
(56)【参考文献】
【文献】 特開2010−203423(JP,A)
【文献】 特開2009−035121(JP,A)
【文献】 特開2006−315510(JP,A)
【文献】 特開2013−194584(JP,A)
【文献】 特開2012−007487(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F02D 29/02
F02D 41/06
F02D 43/00
F02D 45/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
エンジンに設けられたクランクシャフトを回転させるスタータモータと、
前記エンジンに取り付けられ、且つ燃焼室の中に供給する燃料を噴射するように構成されたインジェクタと、
前記スタータモータ及び前記インジェクタのそれぞれに接続され、且つ前記スタータモータ及び前記インジェクタのそれぞれに制御信号を出力することによって、前記エンジンを運転するように構成された制御部と、
前記制御部に接続され、且つエンジン回転速度を検知すると共に、前記制御部に検知信号を出力するように構成されたエンジン回転センサと、を備え、
前記制御部は、前記エンジン回転センサの検知信号に基づいて、燃焼サイクル毎にエンジン回転数を取得する回転数取得部と、該回転数取得部で取得されるエンジン回転数に基づいて前記インジェクタに噴射させる燃料の噴射量を設定する燃料量設定部と、を有し、
前記燃料量設定部は、前記スタータモータの駆動によるクランキングの開始から燃焼サイクルの実行によりエンジン回転数が所定のアイドル回転数に至るまでの前記エンジンの始動期間において、
クランキングを完了したと判定されたときのエンジン回転数が、予め設定された共振回転数域の下限値未満であり、且つ該下限値よりも低く設定された所定の基準回転数以上である場合に、最初の燃焼サイクルでの前記燃料の噴射量を、エンジン回転数がクランキングの完了からアイドル回転数に至るまでの期間で最大量となるように設定し、
クランキングを完了したと判定されたときのエンジン回転数が前記基準回転数未満である場合に、最初の燃焼サイクルでの前記燃料の噴射量を、エンジン回転数がクランキングの完了からアイドル回転数に至るまでの期間で最小量となるように設定し、次の燃焼サイクルでの前記燃料の噴射量を、エンジン回転数がクランキングの完了からアイドル回転数に至るまでの期間で最大量となるように設定する
エンジンの始動制御装置。
【請求項2】
請求項に記載されたエンジンの始動制御装置において、
前記燃料量設定部は、クランキングを完了したと判定されたときのエンジン回転数が前記基準回転数未満である場合に、当該エンジン回転数を取得した燃焼サイクルでの燃焼によって到達し得るエンジン回転数が前記共振回転数域の下限値未満であり且つ前記基準回転数以上となるように、最初の燃焼サイクルでの前記燃料の噴射量を設定する
エンジンの始動制御装置。
【請求項3】
請求項又はに記載されたエンジンの始動制御装置において、
前記エンジンは、4気筒4サイクルエンジンであり、
前記回転数取得部は、nを正の整数とした場合、nサイクル目の燃焼サイクルを行う気筒が、該燃焼サイクルの圧縮行程前半にあるときに、クランクシャフトの回転速度を検出し、該回転速度に基づいて、(n−1)サイクル目の燃焼サイクルでの燃焼によって到達するエンジン回転数を取得する
エンジンの始動制御装置。
【請求項4】
請求項のいずれか1項に記載されたエンジンの始動制御装置において、
前記エンジンは、前記燃焼室の中に供給された燃料をピストンの圧縮動作により着火させる圧縮着火式エンジンである
エンジンの始動制御装置。
【請求項5】
請求項に記載されたエンジンの始動制御装置において、
前記エンジンに設けられた吸気通路に流れる吸気の流量を検知するエアフローセンサと、
前記エンジンに取り付けられ、且つエンジン冷却水の温度を検知する水温センサと、をさらに備え、
前記制御部は、前記エアフローセンサの検知信号に基づいて前記燃焼室に導入される吸気量を、前記水温センサの検知信号に基づいて前記燃焼室の中の温度を、それぞれ取得し、
前記燃料量設定部は、クランキングを完了したと判定されたときのエンジン回転数が、前記共振回転数域の下限値未満であり、且つ前記基準回転数以上である場合に、前記燃焼室に導入される吸気量と前記燃焼室の中の温度とに応じた最大トルクを出力し得るように最初の燃焼サイクルでの前記燃料の噴射量を設定する
エンジンの始動制御装置。
【請求項6】
請求項又はに記載されたエンジンの始動制御装置において、
前記燃料量設定部は、クランキングを完了したと判定されたときのエンジン回転数が、前記共振回転数域の下限値未満であり、且つ前記基準回転数以上である場合に、燃焼サイクルでの燃焼によるエンジン回転数の上昇量が、燃焼サイクルの開始からエンジン回転数がアイドル回転数に至るまでの始動期間内で最大となるように最初の燃焼サイクルでの前記燃料の噴射量を設定する
エンジンの始動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
ここに開示する技術は、エンジンの始動を制御する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【0002】
エンジンは、変速機などの動力伝達機構と一体化してパワートレインと呼ばれる駆動装置を構成し、弾性力を有するエンジンマウントを介して車体に搭載される。エンジンが運転されている間は、エンジンの動作によってパワートレインに振動が生じる。この振動の周波数がパワートレインの共振周波数(固有振動数)に一致すると、共振が引き起こされるため、パワートレインに生じる振動をエンジンマウントでは減衰しきれず、車両に伝わる振動やそれに伴う騒音が大きくなり、乗員に不快感を与えてしまう。
【0003】
エンジンの駆動に伴ってパワートレインに生じる振動の周波数は、エンジン回転数に対応する関係にある。パワートレインに共振を生じるエンジン回転数及びその付近の回転数域(以下、「共振回転数域」という)が、エンジンにおいて、始動後に駆動力を駆動輪(タイヤ)に伝達しない無負荷状態で運転する、いわゆるアイドル運転を行っているときのエンジン回転数(以下、「アイドル回転数」という)以上に設定されていると、車両の走行中にパワートレインが共振を生じてしまう。このことから、パワートレインは、アイドル回転数未満の回転数領域に共振回転数域が含まれるように設計されるのが通例である。
【0004】
このようにパワートレインの共振回転数域がアイドル回転数によりも低いエンジン回転数の領域に設定されていると、エンジンがクランキングを開始してから燃焼サイクルの実行によりエンジン回転数がアイドル回転数に至るまでの始動時において、前述したパワートレインの共振によって車両に振動が発生し得る。そこで、エンジンの始動時における当該車両の振動を抑制するための技術が、従来から提案されている。
【0005】
例えば、特許文献1には、エンジンの始動時における点火時期を工夫したエンジンの制御装置(点火時期制御装置)が開示されている。この制御装置は、エンジンの始動直後から、エンジン回転数が共振回転数域(車両共振帯)を通過するまでの期間内において、点火時期をアイドル運転時よりも進角させるように構成されている。これによれば、点火時期を進角させた分、エンジンのトルクが高くなる。それによって、エンジン回転数の上昇速度が高まり、エンジンの運転状態が共振回転数域を素早く通過することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2015−113774号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献1に開示されたエンジンの制御装置のように始動時におけるエンジンのトルクを高める場合には、エンジンの運転状態が共振回転数域を素早く通過することが可能になるものの、エンジン回転数が上昇する過程で、燃焼サイクル毎の燃焼により到達するエンジン回転数がパワートレインの共振回転数域に含まれることがあり、パワートレインに共振による振動が生じるのを回避することができない。パワートレインの共振に起因して車両の振動が短時間でも発生すると、車両の乗員は不快感を覚えることになる。
【0008】
特に、ディーゼルエンジンをはじめとする圧縮着火式エンジンでは、一般的な火花点火式エンジンよりも圧縮比が大きくなる分、燃焼サイクルでの燃焼時のトルク変動が比較的大きくなるため、トルク変動に起因してエンジンに生じる振動も比較的大きい。よって、燃焼サイクル毎の燃焼により到達するエンジン回転数がパワートレインの共振回転数域に含まれると、パワートレインの共振に起因する振動と、そのときのトルク変動に起因する振動とが相俟って、パワートレインに生じる振動が大きくなり、その結果、車両に顕著な振動が生じてしまう。
【0009】
ここに開示する技術は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジンの始動時において、エンジンを含む駆動装置に生じる振動を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記の目的を達成するために、ここに開示する技術では、エンジン回転数を燃焼サイクルの実行により上昇させていく過程で駆動装置の共振回転数域の下限値に対し所定範囲にまで近づけてから共振回転数域以上に一気に高めるようにした。
【0011】
具体的には、ここに開示する技術は、スタータモータの駆動によるクランキングの開始から燃焼サイクルの実行によりエンジン回転数が所定のアイドル回転数に至るまでのエンジンの始動を制御する装置を対象とする。このエンジンの始動制御装置は、エンジンに設けられたクランクシャフトを回転させるスタータモータと、前記エンジンに取り付けられ、且つ燃焼室の中に供給する燃料を噴射するように構成されたインジェクタと、前記スタータモータ及び前記インジェクタのそれぞれに接続され、且つ前記スタータモータ及び前記インジェクタのそれぞれに制御信号を出力することによって、前記エンジンを運転するように構成された制御部と、前記制御部に接続され、且つエンジン回転速度を検知すると共に、前記制御部に検知信号を出力するように構成されたエンジン回転センサと、を備える。
【0012】
前記制御部は、前記エンジン回転センサの検知信号に基づいて、サイクル毎にエンジン回転数を取得する回転数取得部と、該回転数取得部で取得されたエンジン回転数に基づいて前記インジェクタに噴射させる燃料の噴射量を設定する燃料量設定部と、を有する。前記燃料量設定部は、前記スタータモータの駆動によるクランキングの開始から燃焼サイクルの実行によりエンジン回転数がアイドル回転数に至るまでの前記エンジンの始動期間において、クランキングを完了したと判定されたときのエンジン回転数が、予め設定された共振回転数域の下限値未満であり、且つ該下限値よりも低く設定された所定の基準回転数以上である場合に、最初の燃焼サイクルでの前記燃料の噴射量を、エンジン回転数がクランキングの完了からアイドル回転数に至るまでの期間で最大量となるように設定し、クランキングを完了したと判定されたときのエンジン回転数が前記基準回転数未満である場合に、最初の燃焼サイクルでの前記燃料の噴射量を、エンジン回転数がクランキングの完了からアイドル回転数に至るまでの期間で最小量となるように設定し、次の燃焼サイクルでの前記燃料の噴射量を、エンジン回転数がクランキングの完了からアイドル回転数に至るまでの期間で最大量となるように設定する。
【0013】
このエンジンの始動制御装置では、スタータモータの駆動によってクランキングを開始した後に燃焼サイクルが実行される。燃焼サイクルが開始されると、回転数取得部は、サイクル毎にエンジン回転数を取得する。そして、燃料量設定部は、回転数取得部で取得されたエンジン回転数に基づき、インジェクタに噴射させる燃料の噴射量を設定する。このとき設定される燃料の噴射量に応じて、エンジンのトルクが決まり、エンジン回転数の上昇量が変動する。エンジン回転数の上昇量は、燃料の噴射量が多いほど大きくなり、燃料の噴射量が少ないほど小さくなる。
【0014】
クランキングを完了したと判定されたときのエンジン回転数が、共振回転数域の下限値未満であり、且つ所定の基準回転数以上である場合には、最初の燃焼サイクルでの燃料の噴射量が、エンジン回転数がクランキングの完了からアイドル回転数に至るまでの期間で最大量となるように設定される。そうすることで、クランキングを完了したときのエンジン回転数が共振回転域の下限値に比較的近い場合には、最初の燃焼サイクルの燃焼により得られるトルクが大きくなり、エンジン回転数の上昇量を大きくすることができる。
【0015】
また、クランキングを完了したと判定されたときのエンジン回転数が所定の基準回転数未満である場合に、最初の燃焼サイクルでの燃料の噴射量が、エンジン回転数がクランキングの完了からアイドル回転数に至るまでの期間で最小量となるように設定される。そうすることで、クランキングを完了したときのエンジン回転数が共振回転域の下限値から比較的離れている場合には、最初の燃焼サイクルの燃焼により得られるトルクが小さくなり、エンジン回転数の上昇量が抑えられるから、エンジン回転数が共振回転数域以上となる前に、共振回転数域の下限値に近づけることができる。そして、次の燃焼サイクルでの燃料の噴射量が、エンジン回転数がクランキングの完了からアイドル回転数に至るまでの期間で最大量となるように設定される。そうすることで、当該燃焼サイクルの燃焼により得られるトルクが大きくなり、エンジン回転数の上昇量を大きくすることができる。
【0016】
このように、前記エンジンの始動制御装置によれば、エンジン回転数を燃焼サイクルの実行により上昇させていく過程で、共振回転数域の下限値に近づけてから、エンジン回転数を大きく上昇させることができる。これにより、燃焼サイクル毎の燃焼によって到達するエンジン回転数が共振回転数域に含まれる可能性を下げることができる。従って、エンジンの始動時において、エンジンを備えた駆動装置に共振が生じるのを抑制することができる。
【0017】
前記燃料量設定部は、クランキングを完了したと判定されたときのエンジン回転数が前記基準回転数未満である場合に、当該エンジン回転数を取得した燃焼サイクルでの燃焼によって到達し得るエンジン回転数が前記共振回転数域の下限値未満であり且つ前記基準回転数以上となるように、最初の燃焼サイクルでの前記燃料の噴射量を設定するようになっていてもよい。
【0018】
こうしたエンジンの始動制御装置によると、燃焼サイクルを開始した後のエンジン回転数が共振回転数域の下限値から低い方に比較的離れている場合に、燃料の噴射量が最大量に設定される所定範囲にまでエンジン回転数が共振回転数域の下限値に近づくように、最初の燃焼サイクルでの燃焼の噴射量が設定される。そのことで、共振回転数域の下限値から比較的離れていたエンジン回転数を少ない回数の燃焼サイクルで当該下限値に好適に近づけることができる。従って、エンジンの始動を速やかに完了する上で有利になる。
【0019】
前記エンジンは、4気筒4サイクルエンジンであってもよい。この場合、前記回転数取得部は、nを正の整数とした場合、nサイクル目の燃焼サイクルを行う気筒が、該燃焼サイクルの圧縮行程前半にあるときに、クランクシャフトの回転速度を検出し、該回転速度に基づいて、(n−1)サイクル目の燃焼サイクルでの燃焼によって到達するエンジン回転数を取得するようになっていてもよい。
【0020】
ここで、「圧縮行程前半」とは、圧縮行程を前半と後半とに二等分したときの前半に相当する。また、ここでいう「燃焼サイクル」は、気筒毎に別々にカウントアップされるものではなく、4気筒全てを合わせてカウントアップされるものである。すなわち、4気筒4サイクルエンジンにおいて、燃焼サイクルの回数は、クランクシャフトが180度回転する毎に、1回分ずつカウントアップされる。
【0021】
4気筒4サイクルエンジンにおいて、(n−1)サイクル目の燃焼サイクルでの燃焼が行われるとき、つまり(n−1)サイクル目の燃焼サイクルを実行する気筒が膨張行程にあるときには、nサイクル目の燃焼サイクルを実行する気筒は、圧縮行程にある。よって、nサイクル目の燃焼サイクルを実行する気筒が圧縮行程にあるときに、クランクシャフトの回転速度を検出すれば、(n−1)サイクル目の燃焼サイクルでの燃焼によって到達し得るエンジン回転数を取得することができる。とりわけ、当該圧縮行程のうち前半にエンジン回転数を取得すると、nサイクル目の燃焼サイクルでの燃料の噴射量の設定、さらにはその燃料噴射の制御動作に、(n−1)サイクル目の燃焼サイクルでの燃焼によって到達するエンジン回転数の情報を反映することができる。
【0022】
前記エンジンは、前記燃焼室の中に供給された燃料をピストンの圧縮動作により着火させる圧縮着火式エンジンであってもよい。
【0023】
ここで、「圧縮着火式エンジン」には、ディーゼルエンジンや圧縮着火式のガソリンエンジンが含まれる。また、ここでいう「燃焼室」は、ピストンが圧縮上死点に至ったときに形成される空間の意味に限定されない。「燃焼室」の語は広義で用いる。
【0024】
ディーゼルエンジンをはじめとする圧縮着火式エンジンでは、一般的な火花点火式エンジンよりも圧縮比が大きくなる分、トルク変動が比較的大きいから、燃焼サイクルでの燃焼時にエンジンに生じる振動も比較的大きい。よって、燃焼サイクル毎の燃焼により到達するエンジン回転数がパワートレインの共振回転数域に含まれると、パワートレインの共振に起因する振動と、そのときのトルク変動に起因する振動とが相俟って、パワートレインに生じる振動が大きくなる。ここに開示する技術に係るエンジンの始動制御装置は、パワートレインの共振に起因する車両の振動を抑制できることから、そうした圧縮着火式エンジンに特に有効である。
【0025】
前記エンジンの制御装置は、前記エンジンに設けられた吸気通路に流れる吸気の流量を検知するエアフローセンサと、前記エンジンに取り付けられ、且つエンジン冷却水の温度を検知する水温センサと、をさらに備えていてもよい。この場合、前記制御部は、前記エアフローセンサの検知信号に基づいて前記燃焼室に導入される吸気量を、前記水温センサの検知信号に基づいて前記燃焼室の中の温度を、それぞれ取得するようになっていてもよい。そして、前記燃料量設定部は、クランキングを完了したと判定されたときのエンジン回転数が、前記共振回転数域の下限値未満であり、且つ前記基準回転数以上である場合に、前記燃焼室に導入される吸気量と前記燃焼室の中の温度とに応じた最大トルクを出力し得るように最初の燃焼サイクルでの前記燃料の噴射量を設定するようになっていてもよい。
【0026】
クランキングを完了したと判定されたときのエンジン回転数が共振回転数域の下限値未満であり且つ基準回転数以上である場合、つまりエンジン回転数が共振回転数域の下限値に比較的近い場合に、最大トルクを出力し得るように最初の燃焼サイクルでの燃料の噴射量が設定されると、その燃料の噴射量に応じて燃焼で得られる最大トルクによりエンジン回転数の上昇量が最大となる。それにより、このときの燃焼により到達するエンジン回転数が、共振回転域を飛び越して共振回転域に含まれないようにすることができる。
【0027】
前記燃料量設定部は、クランキングを完了したと判定されたときのエンジン回転数が、前記共振回転数域の下限値未満であり、且つ前記基準回転数以上である場合に、燃焼サイクルでの燃焼によるエンジン回転数の上昇量が、燃焼サイクルの開始からエンジン回転数がアイドル回転数に至るまでの始動期間内で最大となるように最初の燃焼サイクルでの前記燃料の噴射量を設定するようになっていてもよい。
【0028】
クランキングを完了したと判定されたときのエンジン回転数が共振回転数域の下限値未満であり且つ基準回転数以上である場合、つまりエンジン回転数が共振回転数域の下限値に比較的近い場合に、始動期間内におけるエンジン回転数の上昇量が最大となるように最初の燃焼サイクルでの燃料の噴射量が設定されると、その燃料の噴射量に応じて燃焼で得られるトルクによりエンジン回転数が可及的に大きく上昇する。それによって、このときの燃焼によって到達するエンジン回転数が、共振回転域を飛び越して共振回転域に含まれないようにすることができる。
【発明の効果】
【0029】
前記エンジンの始動制御方法及び始動制御装置によれば、エンジンの始動時において、エンジンを含む駆動装置に生じる振動を抑制することができる。その結果、当該駆動装置の振動に起因する車両の振動やそれに伴う騒音を好適に軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0030】
図1図1は、圧縮着火式エンジンが搭載された車両の前部を例示する後面図である。
図2図2は、圧縮着火式エンジンの構成を例示する図である。
図3図3は、圧縮着火式エンジンの制御に係るブロック図である。
図4図4は、インジェクタの制御手順を示すフローチャートである。
図5図5は、PCMの構成を例示する図である。
図6図6は、エンジン回転数の取得方法を説明する図である。
図7図7は、エンジン回転数の取得方法を説明する図である。
図8図8は、燃料噴射量の設定手順を示すフローチャートである。
図9図9は、エンジンの始動時における、エンジン回転数の変化と、燃料噴射量の変化とを例示する図である。
図10図10は、エンジンの始動時における、エンジン回転数に対するトルクの変化を例示する図である。
図11図11は、エンジン回転数と共振回転数域の上限値との差分に対する燃料噴射量の変化を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【0031】
以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。この実施形態では、エンジンの始動制御方法及び始動制御装置について、圧縮着火式エンジンを例に挙げて説明する。
【0032】
図1に、圧縮着火式エンジン1が搭載された車両Vの前部の後面図を示す。本実施形態に係る圧縮着火式エンジン(以下、単に「エンジン」という)1は、図1に示すように、フロントエンジン・フロントドライブタイプの4輪自動車(以下、「車両」という)Vに搭載されている。エンジン1は、車両VのパワートレインPTを構成している。
【0033】
(パワートレインの構成)
パワートレインPTは、エンジン1と、変速機2とを備えている。パワートレインPTは、エンジン1の出力を変速機2において変速すると共に、変速した出力を車両Vの前輪201へ伝えるよう構成されている。
【0034】
車両Vの車体は、複数のフレームから構成されている。例えば、パワートレインPTの車幅方向における両側には、車両Vの前後方向に延びる左右一対のフロントサイドフレーム202が配設されている。そして、フロントサイドフレーム202の下方には、車幅方向に亘ってサブフレーム203が架設されている。
【0035】
本実施形態に係るパワートレインPTには、ペンデュラム方式の支持構造が適用されている。すなわち、パワートレインPTの車幅方向両端の上部(具体的には、パワートレインPTの重心Gよりも上方に位置する部分)は、それぞれ、エンジンマウント204を介してフロントサイドフレーム202に支持されている。各エンジンマウント204は、弾性力を有していると共に、パワートレインPTの両端を吊り下げるように支持している。
【0036】
ペンデュラム方式を適用した場合、パワートレインPTは、例えばエンジン1が運転したときのトルク変動を起振力として、略車幅方向に延びるロール軸Aまわりに回転するように振動する。そうした振動を制振するべく、パワートレインPTの下部(具体的には、パワートレインPTの重心Gよりも下方に位置する部分)は、トルクロッド205を介してサブフレーム203に連結されている。
【0037】
尚、パワートレインPTが振動するときの共振周波数は、パワートレインPTのハード構成や、その支持構造に応じて定まっている。詳細は省略するが、本実施形態に係る共振周波数は、その共振周波数に対応するエンジン回転数(以下、「共振回転数」という)Rrが、少なくともエンジン1のアイドル回転数Riよりも小さくなるように調整されている。ここで、アイドル回転数Riは、例えば車両Vの非走行時かつ、アクセルペダルの非踏込時にエンジンストールを招くことの無いように設定されている。
【0038】
(エンジンの全体構成)
図2に、エンジン1の構成を例示する。また、図3に、エンジン1の制御に係るブロック図を示す。エンジン1は、直列4気筒かつ、4サイクルのディーゼルエンジンであって、燃焼室の中に供給された燃料をピストンの圧縮動作により着火させるように構成されている。但し、エンジン1はディーゼルエンジンに限られない。ここに開示する技術は、例えば圧縮着火式のガソリンエンジンに適用してもよい。
【0039】
エンジン1は、図2に示すように、4つの気筒11a(1つのみ図示)が設けられたシリンダブロック11と、その上に配設されたシリンダヘッド12と、シリンダブロック11の下側に配設され、潤滑油が貯留されるオイルパン13と、を有している。各気筒11a内には、ピストン14が摺動自在に内挿されている。このピストン14の頂面には、燃焼室14aを区画するキャビティが形成されている。
【0040】
ピストン14は、コンロッド14bを介してクランクシャフト15と連結されている。クランクシャフト15は、前述の変速機2に連結されている。また、クランクシャフト15には、トリガープレート92が取り付けられている。トリガープレート92は、クランクシャフト15と一体的に回転する。
【0041】
尚、ここでいう「燃焼室」は、ピストン14が圧縮上死点に至ったときに形成される空間の意味に限定されない。「燃焼室」の語は広義で用いる。つまり、「燃焼室」は、ピストン14の位置に関わらず、ピストン14、気筒11a及びシリンダヘッド12によって形成される空間を意味する場合がある。
【0042】
エンジン1の幾何学的圧縮比は、一般的な火花点火式エンジンよりも高く設定されている。具体的に、エンジン1の幾何学的圧縮比は、14以上に設定されている。この設定は一例であり、適宜変更してもよい。
【0043】
シリンダブロック11には、エンジン1の始動時にクランキングを開始するためのスタータモータ91(図3にのみ図示)が設けられている。スタータモータ91は、クランクシャフト15の一端部に連結されたリングギア(不図示)に対し、離接可能に噛合している。エンジン1の始動時にクランキングを開始する際には、スタータモータ91を駆動する。そうすると、スタータモータ91がリングギアと噛合し、スタータモータ91の動力がリングギアに伝達されて、クランクシャフト15が回転駆動される。
【0044】
シリンダヘッド12には、気筒11a毎に、2つの吸気ポート16と、2つの排気ポート17とが形成されている。吸気ポート16及び排気ポート17は、双方とも燃焼室14aに連通している。吸気ポート16には、その燃焼室14a側の開口を開閉する吸気弁21が配設されている。同様に、排気ポート17には、その燃焼室14a側の開口を開閉する排気弁22が配設されている。
【0045】
シリンダヘッド12には、気筒11a毎にインジェクタ18が取り付けられている。インジェクタ18は、気筒11a内に燃料を直接噴射することにより、燃焼室14aの中に燃料を供給するように構成されている。インジェクタ18には、燃料供給システム51を介して燃料が燃料タンク52から供給されるようになっている。この燃料供給システム51は、燃料タンク52内に配設された電動の低圧燃料ポンプ(不図示)、燃料フィルタ53、高圧燃料ポンプ54及びコモンレール55を有している。
【0046】
高圧燃料ポンプ54は、エンジン1の回転部材(例えばカムシャフト)によって駆動される。この高圧燃料ポンプ54は、低圧燃料ポンプ及び燃料フィルタ53を介して燃料タンク52から供給されてきた低圧の燃料をコモンレール55に高圧で圧送する。このコモンレール55は、その圧送された燃料を、高圧状態で蓄える。そして、コモンレール55に蓄えられている燃料は、インジェクタ18が作動することによって、インジェクタ18から燃焼室14aの中に噴射される。
【0047】
尚、低圧燃料ポンプ、高圧燃料ポンプ54、コモンレール55及びインジェクタ18のそれぞれで生じた余剰の燃料は、リターン通路56を介して(低圧燃料ポンプで生じた余剰の燃料は直接)燃料タンク52へ戻される。尚、燃料供給システム51の構成は、前記の構成に限定されない。
【0048】
シリンダヘッド12にはまた、気筒11a毎にグロープラグ19が設けられている。グロープラグ19は、エンジン1の冷間始動時に気筒11a内に吸入されたガスを暖めて、燃料の着火性を高めるよう構成されている。
【0049】
エンジン1の一側面には吸気通路30が接続されている。吸気通路30は、燃焼室14aに導入するガスが流れる通路である。一方、エンジン1の他側面には排気通路40が接続されている。排気通路40は、燃焼室14aから排出された排気ガスが流れる通路である。これら吸気通路30及び排気通路40には、ガスの過給を行うターボ過給機61が配設されている。
【0050】
詳しくは、吸気通路30は、各気筒11aの吸気ポート16に連通している。吸気通路30の上流端部には、新気を濾過するエアクリーナ31が配設されている。吸気通路30の下流端近傍には、サージタンク34が配設されている。サージタンク34よりも下流側の吸気通路30は、詳細な図示は省略するが、気筒11a毎に分岐する独立通路を構成している。各独立通路の下流端が、各気筒11aの吸気ポート16に接続されている。
【0051】
吸気通路30におけるエアクリーナ31とサージタンク34との間には、上流側から順に、ターボ過給機61のコンプレッサ61aと、吸気シャッター弁36と、コンプレッサ61aにおいて圧縮されたガスを冷却するインタークーラ35とが配設されている。吸気シャッター弁36は、基本的には全開状態とされる。インタークーラ35は、電動ウォータポンプ37から供給された冷却水によって、ガスを冷却するよう構成されている。
【0052】
一方、排気通路40は、各気筒11aの排気ポート17に連通している。詳しくは、排気通路40の上流側の部分は、詳細な図示は省略するが、気筒11a毎に分岐する独立通路を構成している。各独立通路の上流端は、各気筒11aの排気ポート17に接続されている。排気通路40における独立通路よりも下流側の部分は、各独立通路が集合する集合部を構成している。
【0053】
排気通路40における前記集合部よりも下流側の部分には、上流側から順に、ターボ過給機61のタービン61bと、エンジン1の排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置41と、サイレンサ42とが配設されている。排気浄化装置41は、上流側から順に、酸化触媒41aと、ディーゼルパティキュレートフィルタ(以下、「DPF」という)41bとを有している。
【0054】
酸化触媒41aは、白金、又は、白金にパラジウムを加えたもの等を担持した酸化触媒を有していて、排気ガス中のCO及びHCが酸化されてCO及びHOを生成する反応を促すものである。また、DPF41bは、エンジン1の排気ガス中に含まれるスス等の微粒子を捕集するものである。尚、DPF41bに酸化触媒をコーティングしてもよい。
【0055】
ターボ過給機61は、前述の如く吸気通路30に配設されたコンプレッサ61aと、前述の如く排気通路40に配設されたタービン61bとを有している。タービン61bは排気ガス流によって回転する。コンプレッサ61aは、タービン61bと連結されていて、タービン61bの回転により作動する。コンプレッサ61aが作動すると、ターボ過給機61は、燃焼室14aに導入するガスを圧縮する。排気通路40におけるタービン61bの上流側近傍には、VGT絞り弁62が設けられている。このVGT絞り弁62の開度(絞り量)を制御することにより、タービン61bへ送る排気ガスの流速を調整することができる。
【0056】
エンジン1は、その排気ガスの一部を排気通路40から吸気通路30へ還流させるようになされている。この排気ガスの還流のために、高圧EGR通路71と、低圧EGR通路81とが設けられている。
【0057】
高圧EGR通路71は、排気通路40における前記集合部とターボ過給機61のタービン61bとの間の部分(つまり、ターボ過給機61のタービン61bよりも上流側部分)と、吸気通路30におけるサージタンク34とインタークーラ35との間の部分(つまり、ターボ過給機61のコンプレッサ61aよりも下流側部分)とを接続している。高圧EGR通路71には、該高圧EGR通路71による排気ガスの還流量を調整する高圧EGR弁73が配設されている。
【0058】
低圧EGR通路81は、排気通路40における排気浄化装置41とサイレンサ42との間の部分(つまり、ターボ過給機61のタービン61bよりも下流側部分)と、吸気通路30におけるターボ過給機61のコンプレッサ61aとエアクリーナ31との間の部分(つまり、ターボ過給機61のコンプレッサ61aよりも上流側部分)とを接続している。低圧EGR通路81には、その内部を通過する排気ガスを冷却する低圧EGRクーラ82と、該低圧EGR通路81による排気ガスの還流量を調整する低圧EGR弁83とが配設されている。
【0059】
圧縮着火式エンジンは、エンジン1を含めパワートレインPT全体を制御するための、図3に示すPCM(Powertrain Control Module)100を備えている。PCM100は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラーであって、プログラムを実行する中央演算処理装置(Central Processing Unit:CPU)と、例えばRAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)により構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、電気信号の入出力をする入出力バスとを備えている。PCM100は、「制御部」の一例である。
【0060】
PCM100には、図2及び図3に示すように、各種のセンサSW1〜SW11が接続されている。センサSW1〜SW11は、それぞれ、検知信号をPCM100に出力する。センサSW1〜SW11には、以下のセンサが含まれる。
【0061】
すなわち、吸気通路30におけるエアクリーナ31の下流に配置され、且つ吸気通路30を流れる新気(空気)の流量を検知するエアフローセンサSW2、その新気の温度を検知する吸気温度センサSW3、インタークーラ35の下流側に配置され、且つインタークーラ35を通過したガスの圧力を検知する吸気圧センサSW5、サージタンク34に取り付けられ、且つ気筒11a内に供給されるガスの温度を検知する吸入ガス温度センサSW4、エンジン1に取り付けられ、且つエンジン冷却水の温度(以下、「冷却水温」という)を検知する水温センサSW8、クランクシャフト15の回転角を検知するクランク角センサSW1、排気通路40における高圧EGR通路71との接続部付近に設けられ、且つ燃焼室14aから排出した排気ガスの圧力を検知する排気圧センサSW6、DPF41bを通過する前後の排気ガスの差圧を検知するDPF差圧センサSW11、DPF41bを通過した後の排気ガスの温度を検知する排気温度センサSW7、アクセルペダルの踏込量に対応したアクセル開度を検知するアクセル開度センサSW9、及び、変速機2の出力軸の回転速度を検出する車速センサSW10である。ここで、クランク角センサSW1は、「エンジン回転センサ」の一例である。
【0062】
PCM100は、これらの検知信号に基づいて、エンジン1の運転状態や車両Vの走行状態を判断すると共に、これに応じて、各アクチュエータの制御量を計算する。PCM100は、計算をした制御量に係る制御信号を、インジェクタ18、吸気シャッター弁36、電動ウォータポンプ37、排気シャッター弁43、高圧燃料ポンプ54、VGT絞り弁62、高圧EGR弁73、低圧EGR弁83、スタータモータ91等に出力する。
【0063】
このPCM100の機能のうち、特に、エンジン1の始動制御に関する機能について、以下に詳しく説明する。図5に、PCM100の構成を例示する。
【0064】
PCM100は、図5に示すように、エンジン1の始動制御に関する機能的要素として、スタータモータ91によってクランキングを開始するエンジン始動部101と、エンジン回転数を取得する回転数取得部102、エンジン冷却水の水温を取得する冷却水温取得部103と、その水温に基づき燃焼室14aの中の温度(以下、「筒内温度」という)を取得する筒内温度取得部104と、燃焼室14aの中に導入される吸気量を取得する吸気量取得部105と、エンジン回転数、筒内温度及び吸気量に基づき、インジェクタ6による燃料噴射量を設定する噴射量設定部106を備えている。
【0065】
エンジン始動部101は、エンジン1を始動するときに、スタータモータ91に対し制御信号を入力するものである。エンジン始動部101から制御信号が入力されると、スタータモータ91がクランクシャフト15を回転駆動させる。この回転により、エンジン1のクランキングが開始される。
【0066】
回転数取得部102は、クランク角センサSW1の検知信号に基づいて、エンジン回転数を検出または推定すると共に、その検出値または推定値に対応する信号を噴射量設定部106に出力するものである。
【0067】
具体的には、回転数取得部102は、スタータモータ91によるクランキングを行うときには、所定のタイミングでエンジン回転数を検出又は推定する。そして、回転数取得部102は、エンジン1がアイドル運転を行うとき、及び、通常運転を行うとき(車両Vが走行するとき)には、例えばnを正の整数とすると、(n+1)サイクル目の燃焼サイクルでの燃料噴射を行う前に、それよりも前のサイクルでの燃焼(つまり、nサイクル目以前の燃焼)によって到達し得るエンジン回転数を取得すると共に、そのエンジン回転数に対応する信号を生成し、噴射量設定部106に出力する。
【0068】
尚、ここでの「燃焼サイクル」は、気筒毎に別々にカウントアップされるものではなく、4気筒全てを合わせてカウントアップされるものである。具体的には、4気筒エンジンの場合、燃焼サイクルが180度ずつオフセットされているから、1つの気筒11aにつき、クランクシャフト15が720度回転する度に1サイクルが完了することを考慮すると、クランクシャフト15が180度回転する毎に、サイクルの回数が1回分ずつカウントアップされるようになっている。
【0069】
図6及び図7に、エンジン回転数の取得方法を説明する図を示す。図6において、4つの気筒11aを、気筒列方向の順に、1番気筒(#1)、2番気筒(#2)、3番気筒(#3)、及び、4番気筒(#4)と呼称する。すなわち、このエンジン1は、クランクシャフト15が720度回転する度に、#1→#3→#4→#2の順で燃焼が発生する。そして、図6に示すように、各気筒11aにおいて、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、及び排気行程からなる一連の行程が行われるたびに、燃焼サイクルの回数が1回分ずつカウントアップされる。
【0070】
回転数取得部102は、アイドル運転及び通常運転においては、図7に示すように、nサイクル目の燃焼サイクルで燃焼する予定の気筒11a(例えば4番気筒(#4))において、吸気行程の前半から吸気下死点を経て圧縮行程の前半までに至るまでの、トリガープレート92が180度分回転するのに要する時間(図6及び図7に示すt1+t2+t3+t4+t5+t6)に基づき、エンジン回転数を取得する。ここで、ti(iは1〜6の整数)は、図7に示すように、トリガープレート92が30度分回転するのに要する所要時間(以下、「単位回転時間」という)を示す。
【0071】
図6及び図7に示す例では、回転数取得部102は、6つの単位回転時間(t1+t2+…+t6)の平均値を割り出し、その平均値からトリガープレート92(つまりはクランクシャフト15)の回転速度を求め、当該トリガープレート92の回転速度に基づいて、エンジン回転数を取得する。通常の運転時においては、トリガープレート92の回転速度が始動時よりも高くなる。このことから、吸気行程における単位回転時間を考慮すれば、圧縮行程の単位回転時間のみを考慮する場合よりも、燃焼サイクルでの燃焼毎のエンジン回転数の変動による影響を反映して、エンジン回転数の検出精度を高めることができる。よって、このようなエンジン回転数の取得方法は、通常の運転時においては、エンジン回転数の検出精度を確保する上で有効である。
【0072】
しかしながら、エンジン1の始動時においては、エンジン1の運転状態がアイドル回転数以上にあるときと比較すると、フライホイールのイナーシャの影響が大きい分、燃焼サイクルでの燃焼毎のエンジン回転数の変動が相対的に大きくなる。そのため、エンジン回転数を取得するのにトリガープレート92の半回転分に要する時間(6つの単位回転時間)を用いたのでは、却ってエンジン回転数の検出精度が低くなってしまう。このことから、前述した通常の運転時におけるエンジン回転数の取得方法は、始動時におけるnサイクル目の燃焼サイクルでの燃料噴射量を設定する前に、直前の(n−1)サイクル目の燃焼サイクルでの燃焼によって到達するエンジン回転数を取得するのには適さない。
【0073】
そこで、回転数取得部102は、エンジン1が燃焼サイクルを開始した後、エンジン回転数が所定のアイドル回転数に至るまでの期間(以下、「始動期間」という)内においては、図6に示すように、燃料噴射の開始直前であって、且つ直前の燃焼による回転数の変動が収束するタイミングである、圧縮行程の前半における単位回転時間(図6図7に示すt1)に基づいて、エンジン回転数を取得する。
【0074】
エンジン1において、(n−1)サイクル目の燃焼サイクルでの燃焼が行われるとき、つまり当該燃焼サイクルを実行する気筒11aが膨張行程にあるときには、nサイクル目の燃焼サイクルを実行する気筒11aは、圧縮行程にある。よって、nサイクル目の燃焼サイクルを実行する気筒11aが圧縮行程にあるときに、クランクシャフト15の回転速度を検出すれば、(n−1)サイクル目の燃焼サイクルでの燃焼によって到達し得るエンジン回転数を取得することができる。とりわけ、当該圧縮行程のうち前半にエンジン回転数を取得すると、nサイクル目の燃焼サイクルでのトルクの設定、さらにはそのトルクに係る操作量の制御動作に、(n−1)サイクル目の燃焼サイクルでの燃焼によって到達するエンジン回転数の情報を反映させることができる。
【0075】
こうして、回転数取得部102は、nサイクル目の燃焼サイクルでの燃焼噴射を行う前に、直前の(n−1)サイクル目の燃焼サイクルでの燃焼によって到達するエンジン回転数(以下、「現エンジン回転数」という場合がある)を取得する。そして、回転数取得部102は、その現エンジン回転数に対応する信号を生成して、噴射量設定部106に出力する。
【0076】
冷却水温取得部103は、水温センサSW8の検知信号に基づいて、エンジン冷却水の水温を検出すると共に、その検出値に対応する信号を筒内温度取得部104へ出力する。
【0077】
筒内温度取得部104は、冷却水温取得部103による検出値に基づいて、筒内温度を検出または推定すると共に、その検出値または推定値に対応する信号を噴射量設定部106へ出力する。
【0078】
吸気量取得部105は、エアフローセンサSW2の検知信号と、吸気温度センサSW3の検知信号とに基づいて、各気筒11aの燃焼室14aの中に導入される吸気量を検出または推定すると共に、その検出値または推定値に対応する信号を燃料量設定部106へ出力する。
【0079】
噴射量設定部106は、前記の始動期間内において、回転数取得部102が検出または推定したエンジン回転数と、筒内温度取得部104が検出または推定した筒内温度と、吸気量取得部105が検出または推定した吸気量とに基づき、次の燃焼サイクル以降のインジェクタ6による燃料の噴射量を設定する。エンジン1では、燃料の噴射量に応じてトルクが変動する。エンジン1で得られるトルクは、燃料の噴射量が多いほど大きくなり、燃料の噴射量が少ないほど小さくなる。
【0080】
ところで、前述の如く、パワートレインPTの共振回転数Rrは、アイドル回転数Riよりも小さい。そのため、始動期間内において、燃焼サイクルでの燃焼時のエンジン回転数がパワートレインPTの共振回転数Rr及びその付近に含まれる虞がある。その場合、エンジン1を含むパワートレインPT全体の振動が共振により励起されて大きくなることが懸念される。
【0081】
そこで、本願発明者等は、噴射量設定部106が行う処理を通じて、燃焼サイクルでの燃焼時のエンジン回転数が共振回転数Rr及びその付近に含まれないようにすると共に、仮に、共振回転数Rr及びその付近に含まれた場合であっても、それに伴う振動が可及的速やかに解消されるようなトルクの制御を見出した。
【0082】
PCM100には、エンジン回転数が共振回転数Rr及びその付近に含まれるか否かを判定する指標として、共振回転数Rr及びその前後の回転数域を含む共振回転数域Brが記憶されている。この共振回転数域Brの下限値R1と上限値R2は、双方とも、エンジン1が振動したとき、ひいてはパワートレインPTが振動したときの加速度が所定の範囲に納まるような閾値として予め設定されている。下限値R1は、前述のクランキング判定値Rcよりも大きい。他方、上限値R2は、アイドル回転数Riよりも小さい。
【0083】
(燃焼噴射に係る制御)
図4に、燃料噴射に係る制御のフローを示す。PCM100は、噴射量設定部106が行う処理を含め、図4に示す手順で、インジェクタ18による燃料噴射を実行する。
【0084】
図4に示すフローがスタートすると、まず、ステップS101において、PCM100は、各センサから取得した検知信号に基づき、各種の情報を取得する。例えば、PCM100は、エンジン回転数、アクセル開度、冷却水温、及び、吸気量等を取得する。続いて、ステップS102において、PCM100のうち噴射量設定部106は、ステップS101において取得した情報に基づき、燃焼室14aの中に噴射する燃料の目標量(以下、「燃料噴射量」という)を設定する。さらに、ステップS103において、PCM100は、燃料の噴射を実行するときの噴射パターン及び噴射タイミングを設定する。そして、ステップS104において、PCM100は、ステップS102〜S103の設定に対応した制御信号を生成し、インジェクタ6に入力する。
【0085】
尚、このような燃料噴射に係る制御のフローにおいて、ステップS101は、「回転数取得ステップ」の一例である。また、ステップS102は、「燃料量設定ステップ」、「トルク設定ステップ」の一例である。エンジン1では、前記の燃料噴射量によってトルクを調整する。トルクは、燃料噴射量が多いほど大きくなり、燃料噴射量が少ないほど小さくなる。燃料噴射量を設定することは、エンジン1のトルクを設定することに等しい。
【0086】
(燃料噴射量の設定手順)
以下、エンジン1の始動制御のうち、特に燃料噴射量の設定に係る処理について、図8を参照しながら詳細に説明する。図8は、燃料噴射量の設定手順を示すフローチャートである。図8に示すフローは、図6のステップS102に係る処理の例示である。
【0087】
図8に示すフローにおいて、噴射量設定部106は、燃料噴射量を所定の最大噴射量Fm以下になるように設定する。最大噴射量Fmは、筒内温度が高いときには小さくなり、筒内温度が低いときには大きくなる。また、最大噴射量Fmは、筒内温度と吸気量とに応じた最大トルクを出力し得るように設定される。最大噴射量Fmは、吸気量が多いときには大きくなり、吸気量が少ないときには小さくなる。
【0088】
図8に示すフローがスタートすると、まず、ステップS201において、噴射量設定部106は、エンジン回転数を取得し、クランキングが完了したか否かを判定する。この判定は、エンジン回転数が図9〜10に例示したクランキング判定値Rc以上か否かに基づいて行われるようになっている。クランキング判定値Rcは、エンジン1の構成等に応じて予め設定されている。
【0089】
このステップS201において、エンジン回転数がクランキング判定値Rcを下回っている場合には、クランキングが完了していないとして、NOと判定する。NOと判定した場合にはステップS207へ進む。ステップS207では、噴射量設定部106は燃料噴射量をゼロに設定し、クランキングを続行する。一方、ステップS201において、エンジン回転数がクランキング反転値Rc以上に至っている場合には、クランキングが完了しているとして、YESと判定する。YESと判定した場合、ステップS201からステップS202へ進み、クランキングから燃焼サイクル(ファイヤリング)の実行へ移行する。
【0090】
ステップS202では、噴射量設定部106は、共振回転数域Brの下限値R1とエンジン回転数との差分が所定の基準値未満であるか否かを判定する。本実施形態では、その具体的な方法として、エンジン回転数が所定の踏切判定値R0(基準回転数)以上であるか否かを判定する方法を採用している。踏切判定値R0は、共振回転数域Brの下限値R1から前記基準値分だけ低い値に予め設定されている。踏切判定値R0は、クランキング判定値Rcよりも大きく、且つ共振回転数域Brの下限値R1よりも小さい。
【0091】
このステップS202において、エンジン回転数が所定の踏切判定値R0未満(つまり、共振回転数域Brの下限値R1とエンジン回転数との差分が前記基準値以上)であり、NOと判定した場合には、ステップS208へ進む。ステップS208では、噴射量設定部106は、燃料噴射量を所定の踏出噴射量F1に設定してリターンする。
【0092】
この踏出噴射量F1は、当該噴射量F1に基づく燃料噴射を行ったとき、その燃料噴射に係る燃焼によって到達するエンジン回転数が踏切判定値R0以上、且つ共振回転数域Brの下限値R1未満になるように設定される。踏出噴射量F1は、前述の最大噴射量Fmよりも少量である(踏出噴射量<最大噴射量)。ここでの踏出噴射量F1は、「第2トルク」を得るための「第2噴射量」の例示である。
【0093】
一方、ステップS202において、エンジン回転数が所定の踏切判定値R0以上(つまり、共振回転数域Brの下限値R1とエンジン回転数との差分が前記基準値未満)であり、YESと判定した場合には、ステップS203へ進む。ステップS203では、噴射量設定部106は、エンジン回転数が共振回転数域Brの下限値R1以上か否かを判定する。
【0094】
このステップS203において、エンジン回転数が共振回転数域Brの下限値R1未満であり、NOと判定した場合には、ステップS209へ進む。ステップS209では、噴射量設定部106は、燃料噴射量を所定の飛越噴射量F2に設定してリターンする。一方、ステップS203において、エンジン回転数が共振回転数域Brの下限値R1以上であり、YESと判定した場合には、ステップS204へ進む。
【0095】
ステップS209で燃料噴射量に設定される飛越噴射量F2は、前述の最大噴射量Fmに一致する(飛越噴射量=最大噴射量)。よって、飛越噴射量F2は、前述の踏出噴射量F1よりも大きい(飛越噴射量>踏出噴射量)。飛越噴射量F2は、燃焼サイクルでの燃焼によるエンジン回転数の上昇量が、燃焼サイクルの開始からエンジン回転数がアイドル回転数に至るまでの始動期間内で最大となるように設定される。
【0096】
燃料噴射量を飛越噴射量F2に設定すると、例えば踏出噴射量F1に設定したときと比較すると、燃料噴射量が多い分だけ、エンジン回転数が大きく上昇するようになる。このことは、エンジン回転数が、1サイクル分の燃焼によって、共振回転数域Brの下限値R1よりも小さな値から上限値R2よりも大きな値まで上昇させる(以下、「共振回転数域Brの飛び越し」という)上で有効である。ここでの飛越噴射量F2は、「第1トルク」を得るための「第1噴射量」の例示である。
【0097】
このように、ステップS203において、飛越噴射量F2として最大噴射量Fmに設定した場合であっても、共振回転数域Brの飛び越しに成功するとは限らない。例えば、筒内温度に応じて最大噴射量Fmは増減する。また、吸気温度が変化すると、空気密度が変わるので、筒内の酸素濃度が変動し、同じ燃料噴射量でも得られるトルクが変動する。他にも、外部の環境に応じて共振回転数域Brの範囲が変わったりする。具体的には、外気温度が低くなると、エンジンマウント204に係る弾性特性が変化して、パワートレインPTが振動したときの加速度、ひいては共振回転数域Brの下限値R1と上限値R2とが変化する。こうした事情に起因して、燃焼サイクルでの燃焼時のエンジン回転数が、共振回転数域Brに含まれる場合がある。
【0098】
そこで、本実施形態に係る噴射量設定部106は、エンジン回転数が共振回転数域Brに含まれる場合には、そのことに起因した振動を速やかに解消するための処理をステップS204,S210で実行する。
【0099】
ステップS204では、エンジン回転数が共振回転数域Brの上限値R2以上か否かを判定する。このステップS204において、エンジン回転数が共振回転数域Brの上限値R2未満であり、NOと判定した場合には、ステップS210へ進む。ステップS210では、噴射量設定部106は、燃料噴射量を所定の飛越噴射量F2に設定してリターンする。一方、ステップS204において、エンジン回転数が共振回転数域Brの上限値R2以上であり、YESと判定した場合には、ステップS205へ進む。
【0100】
ステップS210で燃料噴射量を飛越噴射量F2に設定すると、前述のステップS209に係る処理と同様に、エンジン回転数が大きく上昇する。このことは、エンジン回転数を、共振回転数域Br内から共振回転数域Brの上限値R2以上の値まで増加させる(以下、「共振回転数域Brからの脱出」という)上で有利となる。
【0101】
尚、ステップS204で燃焼噴射量に設定される飛越噴射量F2は、最大噴射量Fmに一致していなくてもよい。飛越噴射量F2は、少なくとも、エンジン回転数が共振回転数域Brの上限値R2以上になったときに設定される燃料噴射量よりも多く設定されていればよい。具体的に、共振回転数域Brの飛び越しに成功した次の燃焼サイクルに対して設定する燃料噴射量よりも多くしたり、共振回転数域Brから脱出した次の燃焼サイクルに対して設定する燃料噴射量より多くしたりすればよい。
【0102】
ところで、共振回転数域Brの飛び越しや共振回転数域Brからの脱出に成功した場合であっても、共振回転数域Brを通過した直後は、トルク変動によって共振が誘発される虞がある。
【0103】
そこで、本実施形態に係る噴射量設定部106は、共振回転数域Brの飛び越しに成功したり、共振回転数域Brからの脱出に成功したりした場合には、共振回転数域Brを通過した後に、共振の誘発を抑制するための処理をステップS205,S211で実行する。
【0104】
ステップS205では、噴射量設定部106は、エンジン回転数がアイドル回転数Ri以上か否かを判定する。このステップS205において、エンジン回転数がアイドル回転数Ri未満であり、NOと判定した場合、つまり、共振回転数域Brの飛び越しに成功したり、共振回転数域Brからの脱出に成功したりしたものの、アイドル運転状態に未達の場合には、ステップS211へ進む。一方、ステップS205において、エンジン回転数がアイドル回転数Ri以上であり、YESと判定した場合には、ステップS206へ進む。ステップS206では、噴射量設定部106は、燃料噴射量をアイドル運転に対応した量Fiに設定してリターンすることにより、アイドル運転を開始する。
【0105】
ステップS211では、噴射量設定部106は、次の燃焼サイクルでの燃料噴射量を所定の誘発抑制量F3に設定してリターンする。誘発抑制量F3は、少なくとも、共振回転数域Brを飛び越そうとしたときに設定した飛越噴射量F2よりも少ない(誘発抑制量<飛越噴射量)。それによれば、誘発抑制量F3を少なくした分、トルク変動が小さくなるから、共振の誘発を抑制する上で有利になる。
【0106】
噴射量設定部106は、共振回転数域Brを通過した以降の燃焼サイクル(具体的には、共振回転数域Brを飛び越した以降の燃焼サイクル、又は、共振回転数域Brから脱出した以降の燃焼サイクル)において到達したエンジン回転数と、共振回転数域Brの上限値R2との差分ΔRを算出すると共に、該差分ΔRが小さいときには、大きいときよりも誘発抑制量F3を少なく設定する。
【0107】
つまり、誘発抑制量F3の設定は、共振回転数域Brを飛び越した直後の燃焼サイクル、又は、共振回転数域Brから脱出した直後の燃焼サイクルに限らず、エンジン回転数がアイドル運転状態に至るまで行われるようになっている。
【0108】
図11に、共振回転数域Brを通過した以降の燃料噴射量(つまり誘発抑制量F3)を例示する。図11に示すように、差分ΔRがゼロから所定の誘発判定値Rtまで大きくなるときには、差分ΔRが大きくなるに従って誘発抑制量F3は増加して、最大噴射量Fmに至る。誘発抑制量F3が増加すると、その誘発抑制量F3に基づく燃焼によって生じるトルクもまた、図10の直線Lに沿って増加する。この直線Lは、パワートレインPTの振動特性に基づき規定されており、エンジン1の運転に伴い生じたトルクがこの直線Lを越えたときに、パワートレインPTの振動による加速度が許容範囲を超えるものと定められている。図11に示す特性にしたがって燃料噴射量を設定すれば、エンジン1から出力されるトルクは、直線Lに沿った値となるため、加速度を許容範囲に収めることが可能となる。
【0109】
一方で、差分ΔRが誘発判定値Rtよりも大きくなると、誘発抑制量F3は、最大噴射量Fmのまま一定となる。
【0110】
次に、前述した燃料噴射量の設定フローに従って、エンジン1の始動制御を行った場合のエンジン回転数の上昇の仕方について、以下に、図9及び図10を参照しながら例を挙げて説明する。
【0111】
図9は、エンジン1の始動時における、エンジン回転数の変化と、燃料噴射量の変化とを例示するタイムチャートである。また、図10は、エンジン1の始動時のエンジン回転数に対するトルクの変化を例示する図である。図9及び図10でのTa1〜Ta5、Tb1〜Tb6は、それぞれ燃焼サイクル毎の燃焼により達成される状態を示している。
【0112】
まず、前記ステップS201において、クランキングを完了したと判定されたときのエンジン回転数が踏切判定値R0よりも高い場合を、第1の例として説明する。この第1の例では、図9において、上側の図で白抜きの丸印(○)を繋いだようなエンジン回転数の上昇経路を辿り、中程の図で示すような各燃焼サイクルでの燃料噴射量の設定が燃焼時Ta1〜Ta5の直前に行われる。また、図10において、エンジン回転数とトルクとの関係がサイクル毎の燃焼によってTa1→Ta2→Ta3→Ta4→Ta5の如く遷移する。
【0113】
すなわち、第1の例では、クランキングが完了したときのエンジン回転数が、踏切判定値R0以上となり、且つ共振回転数域Brの下限値R1を下回っている。よって、1サイクル目の燃焼サイクルでの燃料噴射量は、燃料量設定部106によって飛越噴射量F2に設定される(前記ステップS209)。そして、燃焼噴射量の設定に基づく燃料噴射を実行し、噴射した燃料が燃焼すると、エンジン回転数は、その燃焼により得られるトルクで以て、クランキングの完了時よりも大きく上昇する。これにより、共振回転数域Brの飛び越しが行われる。
【0114】
共振回転数域Brの飛び越しが行われると、1サイクル目(1着火目)の燃焼により到達するエンジン回転数が、図9及び図10にTa1とTa2を結んだ実線で示すように、共振回転数域Brの上限値R2よりも高く、且つアイドル回転数Riよりも低い回転数にまで上昇する。よって、2サイクル目の燃焼サイクルでの燃料噴射量は、燃料量設定部106によって飛越噴射量F2よりも少ない誘発抑制量F3に設定される(前記ステップS211)。そして、燃料噴射量の設定に基づく燃料噴射を実行し、噴射した燃料が燃焼すると、エンジン回転数は、その燃焼により得られるトルクで以て、燃料噴射量を少なくした分、1サイクル目の燃焼よりも小さく上昇する。
【0115】
2サイクル目の燃焼サイクルでの燃焼が行われると、その燃焼よって到達するエンジン回転数が、図9及び図10にTa2とTa3を結んだ実線で示すように上昇するが、アイドル回転数Riを依然として下回っている。よって、3サイクル目の燃料噴射量も、燃料設定部106によって誘発抑制量F3に設定される(前記ステップS211)。3サイクル目の誘発抑制量は、エンジン回転数が上昇した分、共振回転数域Brから相対的に大きく離れているので、2サイクル目の燃焼サイクルでの誘発抑制量F3よりも多く設定される。そして、燃焼噴射量の設定に基づく燃料噴射を実行し、噴射した燃料が燃焼すると、エンジン回転数は、その燃焼により得られるトルクで以て、燃料噴射量を多くした分、2サイクル目の燃焼サイクルでの燃焼よりも大きく上昇する。
【0116】
3サイクル目の燃焼サイクルでの燃料が行われると、その燃焼によって到達するエンジン回転数が、図9及び図10にTa3とTa4を結んだ実線で示すように上昇し、アイドル回転数Riを上回る。よって、4サイクル目以降の燃焼サイクルでの燃料噴射量は、燃料設定部106によってアイドル運転に対応した量Fiに設定される(前記ステップS206)。そして、燃料噴射量の設定に基づく燃料噴射を実行し、噴射した燃料が燃焼すると、エンジン回転数は、その燃焼により得られるトルクで以て、アイドル回転数Ri以上の回転数を維持し、アイドル運転が行われる。
【0117】
次いで、クランキングを完了したときのエンジン回転数が踏切判定値R0よりも低い場合を、第2の例として説明する。この第2の例では、図9において、上側の図で黒色の丸印(●)を繋いだようなエンジン回転数の上昇経路を辿り、下側の図で示すような各燃焼サイクルでの燃料噴射量の設定が燃焼時Tb1〜Tb5の直前に行われる。また、図10において、エンジン回転数とトルクとの関係がサイクル毎の燃焼によってTb1→Tb2→Tb3→Tb4→Tb5→Tb6の如く遷移する。
【0118】
すなわち、第2の例では、クランキングが完了したときのエンジン回転数が踏切判定値R0よりも低い。よって、1サイクル目の燃焼サイクルでの燃料噴射量は、燃料量設定部106によって飛越噴射量F2よりも少ない踏出噴射量F1に設定される(前記ステップS208)。そして、燃料噴射量の設定に基づく燃料噴射を実行し、噴射した燃料が燃焼すると、エンジン回転数は、その燃焼により得られるトルクで以て、図9及び図10にTb1とTb2を結んだ実線に示すように、共振回転数域Brの下限値R1に近づくように上昇する。
【0119】
1サイクル目の燃焼サイクルによる燃焼が行われると、その燃焼によって到達するエンジン回転数が、図9及び図10にTb1とTb2を結んだ実線で示すように、踏切判定値R0よりも大きく、且つ共振回転数域Brの下限値R1よりも小さい回転数にまで上昇する。これにより、1サイクル目の燃焼サイクルでの燃焼によって共振回転数域Brの下限値R1近傍にまでエンジン回転数が上昇したので、2サイクル目の燃焼サイクルでの燃料噴射量は、燃料設定部106によって飛越噴射量F2に設定される(前記ステップS209)。そして、燃料噴射量の設定に基づく燃料噴射を実行し、噴射した燃料が燃焼すると、エンジン回転数は、その燃焼により得られるトルクで以て、燃料噴射量を多くした分、1サイクル目の燃焼サイクルでの燃焼よりも大きく上昇する。これにより、共振回転数域Brの飛び越しが行われる。
【0120】
共振回転数域Brの飛び越しが行われると、2サイクル目(2着火目)の燃焼により到達するエンジン回転数が、図9及び図10にTb2とTb3を結んだ実線で示すように、共振回転数域Brの上限値R2よりも高く、且つアイドル回転数Riよりも低い回転数にまで上昇する。この第2の例での3サイクル目の燃焼サイクル以降の燃料噴射量の設定と、燃焼によるエンジン回転数の上昇の仕方は、前述した第1の例における2サイクル目の燃焼サイクル以降と同じである。
【0121】
ところで、この第2の例と同じようにクランキングが完了したときのエンジン回転数が踏切判定値R0よりも低い場合に、1サイクル目の燃焼サイクルでの燃料噴射量を、最大噴射量に設定すると、その設定に基づく燃料噴射を実行し、噴射した燃料が燃焼することにより到達するエンジン回転数は、図9及び図10にT1'とT2'を結んだ破線で示すように、共振回転数域Brに含まれることがある。そうなると、エンジン1を含むパワートレインPTに共振による振動が大きく生じ、それに起因する車両Vの振動や騒音によって車両Vの乗員に不快感を与えることになる。
【0122】
これに対し、本実施形態のエンジン1では、前述した第1及び第2の例に示したように、噴射量設定部106は、エンジン回転数が踏切判定値R0よりも小さい場合には、飛越噴射量F2よりも少ない踏出噴射量F1に燃料噴射量を設定し、エンジン回転数が踏切判定値R0よりも大きい場合には、踏出噴射量F1よりも大きい飛越噴射量F2に燃料噴射量を設定する。それによれば、エンジン回転数を燃焼サイクルの実行により上昇させていく過程で共振回転数域Brの下限値R1に対し所定範囲にまで近づけてから共振回転数域Brの飛び越しを行うことができる。これにより、共振回転数域Brの飛び越しが失敗する可能性を下げることができる。従って、エンジン1の始動時において、パワートレインPTに共振が生じるのを効果的に抑制することができる。その結果、パワートレインPTの共振に起因する車両Vの振動やそれに伴う騒音を好適に軽減することができる。
【0123】
以上のように、ここに開示する技術の例示として、好ましい実施形態について説明した。しかし、ここに開示する技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面及び詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須でない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることを以て、直ちにそれらの必須でない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
【0124】
例えば、前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【0125】
前記エンジン1の構成は一例に過ぎず、これに限定されるものではない。例えば、前記実施形態では、エンジン1はターボ過給機61を備えていたが、ターボ過給機61を備えていなくてもよい。
【0126】
また、前記エンジン1は、ディーゼルエンジンであって、トルクを制御するのに燃料噴射量を調整することを例に挙げて説明したが、これに限定されない。エンジン1は、火花点火式のガソリンエンジンであってもよい。この場合、エンジン1のトルクの制御は、燃料噴射量の調整に加え、またこれに代えて点火時期の調整などによっても行われていてもよい。
【0127】
要は、エンジン1の始動時において、エンジン回転数を燃焼サイクル毎に取得し、そのエンジン回転数と共振回転数域Brの下限値R1との差分が所定の基準値未満である場合に、相対的に大きなトルク(第1トルク)を設定し、当該差分が前記基準値以上である場合に、相対的に小さなトルク(第2トルク)を設定することにより、エンジン回転数を燃焼サイクルの実行により上昇させていく過程で共振回転数域の下限値に対し所定範囲にまで近づけてから共振回転数域Br以上に高めるようになっていればよい。
【符号の説明】
【0128】
1 エンジン(圧縮着火式エンジン)
11a 気筒
14 ピストン
14a 燃焼室
15 クランクシャフト
6 インジェクタ
91 スタータモータ
100 PCM(制御部)
101 エンジン始動部
102 回転数取得部
105 吸気量取得部
106 噴射量設定部
Ri アイドル回転数
Rr 共振回転数
Br 共振回転数域
R0 踏切判定値(基準値)
R1 共振回転数域の下限値
R2 共振回転数域の上限値
F1 踏出噴射量(第2噴射量)
F2 飛越噴射量(第1噴射量)
F3 誘発抑制量
SW1 クランク角センサ(エンジン回転センサ)
SW2 エアフローセンサ
SW8 水温センサ
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11