特開 2024-115596 内燃機関の制御システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024115596

(43)【公開日】2024-08-27

(54)【発明の名称】内燃機関の制御システム

(51)【国際特許分類】

   F02D 45/00 20060101AFI20240820BHJP

   F02N 11/00 20060101ALI20240820BHJP

   F02D 13/02 20060101ALI20240820BHJP

【ＦＩ】

F02D45/00 360A

F02N11/00 G ZHV

F02D13/02 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023021292

(22)【出願日】2023-02-15

(71)【出願人】

【識別番号】000006286

【氏名又は名称】三菱自動車工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002424

【氏名又は名称】ケー・ティー・アンド・エス弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】田ノ岡 渉

(72)【発明者】

【氏名】金井 英輝

(72)【発明者】

【氏名】廣江 健太

(72)【発明者】

【氏名】柳川 健介

(72)【発明者】

【氏名】川辺 敬

【テーマコード（参考）】

3G092

3G384

【Ｆターム（参考）】

3G092AC02

3G092DA01

3G092DA02

3G092DA03

3G092FA31

3G092HD02Z

3G092HE08Z

3G092HF21Z

3G384AA28

3G384BA26

3G384BA31

3G384BA39

3G384CA03

3G384DA13

3G384EB10

3G384FA28Z

3G384FA46Z

3G384FA79Z

(57)【要約】

【課題】新規のモータリングを実現できる内燃機関の制御システムを提供する。
【解決手段】内燃機関の制御システムは、内燃機関を駆動可能な回転電機と、気体を加熱する加熱装置と、前記回転電機を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記内燃機関に係る温度が第１所定温度以下の場合において前記内燃機関を始動する場合、前記回転電機によって前記内燃機関を駆動し、前記加熱装置によって加熱された前記気体を前記内燃機関の気筒に移動させるモータリング制御を実行する。
【選択図】 図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関を駆動可能な回転電機と、
気体を加熱する加熱装置と、
前記回転電機を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記内燃機関に係る温度が第１所定温度以下の場合において前記内燃機関を始動する場合、前記回転電機によって前記内燃機関を駆動し、前記加熱装置によって加熱された前記気体を前記内燃機関の気筒に移動させるモータリング制御を実行する、
内燃機関の制御システム。

【請求項2】

前記制御装置は、前記内燃機関に関する温度が低いほど、前記回転電機の出力を抑制する、請求項１に記載の内燃機関の制御システム。

【請求項3】

前記制御装置は、前記回転電機が搭載される車両の走行状態に応じて、前記回転電機の出力を変化させる、
請求項１に記載の内燃機関の制御システム。

【請求項4】

前記加熱装置は電気式であり、
前記制御装置は、前記内燃機関に係る温度が前記第１所定温度よりも低い第２所定温度以下の場合において前記内燃機関を始動する場合、前記加熱装置への電力の供給を停止したのち、前記モータリング制御を実行する、
請求項１に記載の内燃機関の制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、内燃機関の制御システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、モータと、内燃機関と、を有し、モータによって内燃機関を駆動するモータリングを実行する内燃機関の制御システムが知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１の内燃機関の制御システムは、吸着触媒と電気ヒータとの間で空気を往復させ、吸着触媒を暖機するためのモータリングを実行している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０－１８５４４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

モータリングは、触媒の暖機以外にも利用できる。

【0005】

本開示の課題は、新規のモータリングを実現できる内燃機関の制御システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に係る内燃機関の制御システムは、内燃機関を駆動可能な回転電機と、気体を加熱する加熱装置と、前記回転電機を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記内燃機関に係る温度が第１所定温度以下の場合において前記内燃機関を始動する場合、前記回転電機によって前記内燃機関を駆動し、前記加熱装置によって加熱された前記気体を前記内燃機関の気筒に移動させるモータリング制御を実行する。

【0007】

この内燃機関の制御システムによれば、加熱装置で加熱された気体を気筒に移動させるモータリングを実行することによって、内燃機関を暖機することができる。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、新規のモータリングを実現できる内燃機関の制御システムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の一実施形態による電動車両のシステム図。

【図2】本開示の一実施形態による内燃機関のシステム図。

【図3】本開示の一実施形態による昇温モータリング時の気体の流れを示す図。

【図4】本開示の一実施形態による制御装置が実行する制御手順を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１に示すように、本実施形態の内燃機関１の制御システム３は、内燃機関１と、モータ（ＦｒＭ）２、を動力源として車輪Ｃ１を駆動する電動車両Ｃに搭載される。しかし、内燃機関１は、内燃機関１のみを動力源とする車両に搭載されてもよい。

【0011】

電動車両Ｃは、内燃機関１と、モータ２と、発電機（ＧＥＮ：回転電機の一例）４と、リチウムイオン電池などの二次電池を含む駆動用電池（ＢＴ：電池の一例）６と、トランスアクスル８と、を有する。発電機４は、内燃機関１に接続され、内燃機関１を駆動可能である。発電機４は、駆動用電池６からの電力によって力行する間は、内燃機関１を駆動するモータリングを行う。一方、発電機４は、内燃機関１の運転中において内燃機関１に駆動されて発電する。したがって、発電機４は、力行と発電が可能なモータ・ジェネレータである。トランスアクスル８は、複数のギヤとクラッチ８ａを有する。内燃機関１は、トランスアクスル８を介して発電機４と、車軸１０と連結される。トランスアクスル８は、クラッチ８ａが開放状態の場合、内燃機関１と車軸１０との動力伝達が遮断され、クラッチ８ａが接続状態の場合、内燃機関１の動力が車軸１０に伝達される。モータ２は、トランスアクスル８を介して車軸１０と連結される。電動車両Ｃはこのほか、車両制御装置（制御装置の一例）１２と、内燃機関１を制御するエンジン制御装置１４と、電動車両Ｃのユーザが操作するアクセルペダル１６と、モータ２および発電機４を制御するインバータ１８と、充電ボタン（図示なし）と、を有してもよい。また、本実施形態では電動車両Ｃは、外部電源に接続可能な充電器２０と、駆動用電池６からの電力を、例えば家電などの外部機器に供給可能な給電装置２２と、を有するプラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）である。しかし、電動車両Ｃはこのような装置を有さないハイブリッド車両であってもよい。

【0012】

本実施形態の電動車両Ｃは、ＥＶモード、シリーズモード、パラレルモード、充電モードなどの各モードを有する。電動車両Ｃは、ＥＶモードの場合、駆動用電池６からの電力によってモータ２を駆動する。電動車両Ｃは、シリーズモードの場合、内燃機関１によって発電機４を駆動し、発電機４によって発電した電力を用いてモータ２を駆動する。電動車両Ｃは、パラレルモードの場合、クラッチ８ａを接続し、内燃機関１の動力を用いて車軸１０を駆動する。電動車両Ｃは、充電モードでは、内燃機関１によって発電機４を駆動し、発電機４によって発電した電力を駆動用電池６に蓄電する。電動車両Ｃは、アクセルペダル１６の踏み込み状態や充電ボタンの操作状態に応じて、車両制御装置１２が各モードを切り替え、インバータ１８を介してモータ２および発電機４を制御するとともに、エンジン制御装置１４に内燃機関１を制御させる。

【0013】

図２に示すように、内燃機関１は、ポート噴射弁３０と、点火プラグ３２と、吸気カム３４と、吸気弁３５と、排気カム３６と、排気弁３７と、加熱装置３８と、触媒４０と、スロットル４２と、温度センサ４４と、を備える。本実施形態では内燃機関１は、ポート噴射弁３０から噴射される燃料と吸気との混合気に、点火プラグ３２によって火花を点火するガソリンエンジンである。また、図１および図２に示すように、本実施形態では内燃機関１は、４つの気筒５０を有し、それぞれの気筒に２つの吸気弁３５と２つの排気弁３７が配置されている。温度センサ４４は、触媒４０の温度を検知することによって加熱装置３８の作動温度を検知するセンサである。

【0014】

図３に示すように、昇温モータリング制御（モータリング制御の一例）では、第１気筒５０ａおよび第４気筒５０ｄに排気通路４６の気体を取り込ませて、再び排気通路４６に排出し、排気通路４６内の気体を気筒５０と加熱装置３８との間で往復移動させる。モータリングカムは、昇温モータリング制御中に第２気筒５０ｂおよび第３気筒５０ｃについても同様に、気体を気筒５０と加熱装置３８との間で往復移動させる。図２に示すように、本実施形態では、吸気カム３４および排気カム３６は、それぞれ、通常の内燃機関１の運転に用いるファイアリングカムと、昇温モータリング制御に用いるモータリングカムと、吸気カム３４のファイアリングカムとモータリングカムを切り替える吸気カム切り替え装置３４ａと、排気カム３６のファイアリングカムとモータリングカムを切り替える排気カム切り替え装置３６ａと、を有する。モータリングカムは、吸気弁３５を閉弁状態に維持するとともに、排気弁３７の開閉タイミングを制御することによって、気体の気筒５０と加熱装置３８との間の往復移動を実現するカムである。エンジン制御装置１４は、昇温モータリング制御を実行する際に、吸気カム切り替え装置３４ａおよび排気カム切り替え装置３６ａを制御し、ファイアリングカムからモータリングカムに切り替えることによって昇温モータリングを実現する。しかし、吸気弁３５および排気弁３７は、例えば電磁バルブであってもよい。

【0015】

加熱装置３８は、排気通路４６内の気体を加熱する装置である。本実施形態の加熱装置３８は、電熱線によって気体を加熱する電気式のヒータである。加熱装置３８は、低電圧バッテリ５２電気的に接続される。低電圧バッテリ５２は、駆動用電池６の電力が降圧されて供給される。

【0016】

昇温モータリング制御において加熱装置３８は、気体の加熱を実行する。昇温モータリング制御では、加熱装置３８を使用して加熱された気体が排気通路４６と加熱装置３８との間を往復移動する。これによって、加熱された気体が第１気筒５０ａから第４気筒５０ｄに供給される。

【0017】

車両制御装置１２は、インバータ１８を介して発電機４と電気的に接続され、発電機４を制御する。また、車両制御装置１２は、少なくとも昇温モータリング制御などの信号をエンジン制御装置１４に発信し、エンジン制御装置１４に内燃機関１を制御させる。車両制御装置１２は、演算装置と、メモリと、入出力バッファ等とを含むマイクロコンピュータによって構成されるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒоｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。車両制御装置１２は、メモリに格納されたマップおよびプログラムに基づいて、電動車両Ｃの様々な制御を実行する。

【0018】

また、車両制御装置１２は、駆動用電池６のコントロールユニット（図示せず）と電気的に接続され、駆動用電池６の充電率ＳＯＣ、電池温度Ｔなどの情報を、駆動用電池６のコントロールユニットから取得可能である。

【0019】

エンジン制御装置１４は、内燃機関１が備える各種装置と電気的に接続され、内燃機関１を制御する制御装置である。エンジン制御装置１４は、実際には、演算装置と、メモリと、入出力バッファ等とを含むマイクロコンピュータによって構成されるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒоｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。エンジン制御装置１４は、メモリに格納されたマップおよびプログラムに基づいて、内燃機関１の様々な制御を実行する。なお、内燃機関１の制御はエンジン制御装置１４のほか、車両制御装置１２によって実行してもよい。

【0020】

エンジン制御装置１４は、車両制御装置１２から昇温モータリング制御の信号を取得すると、モータリングカムに切り替えるとともに、加熱装置３８による気体の加熱を実行する。

【0021】

次に車両制御装置１２が実行する制御手順について、図４のフローチャートを用いて説明する。車両制御装置１２は、例えば内燃機関１の始動条件が成立した場合、モータリングを実行する条件が成立したと判断して制御手順を開始する。

【0022】

ステップＳ１では車両制御装置１２は、内燃機関１の温度Ｔを取得する。本実施形態では内燃機関の温度Ｔは、電動車両Ｃの外気温である。しかし、内燃機関１の温度Ｔは、例えば、内燃機関１の水温、温度センサ４４によって取得した触媒４０の温度など、種々の値を用いて取得すればよい。車両制御装置１２は、内燃機関１の温度Ｔを取得すると、ステップＳ２に処理を進める。

【0023】

ステップＳ２では車両制御装置１２は、温度Ｔが第１所定温度Ｔ１以下であり第２所定温度Ｔ２より大きいか否か判断する。本実施形態では第１所定温度Ｔ１は、摂氏１０度である。第２所定温度Ｔ２は、摂氏マイナス１０度程度である。内燃機関１は、第１所定温度Ｔ１以下では、冷態始動となる。内燃機関１は、第２所定温度Ｔ２以下では極冷態始動となる。車両制御装置１２は、温度Ｔが第１所定温度Ｔ１以下であり第２所定温度Ｔ２より大きいと判断した場合（ステップＳ２ ＹＥＳ）、ステップＳ３に処理を進める。

【0024】

ステップＳ３では車両制御装置１２は、モータリング可能時間を取得する。モータリング可能時間は、例えば極冷態始動時における昇温モータリング制御による発電機４の出力（発電機４による内燃機関１のモータリングで消費する電力）と、駆動用電池６の充電率ＳＯＣの関係、あるいは駆動用電池６の出力可能な電力に基づいて車両制御装置１２が算出してもよい。このとき、加熱装置３８で消費される電力も考慮してもよい。車両制御装置１２は、モータリング可能時間を取得するとステップＳ４に処理を進める。

【0025】

ステップＳ４では車両制御装置１２は、電動車両Ｃの速度Ｖを取得し、速度Ｖが所定速度Ｖ１未満か否かを判断する。本実施形態では、所定速度Ｖ１は、電動車両Ｃが停止中か否かが判断できる程度の速度Ｖである。したがって所定速度Ｖ１はゼロに近い値である。車両制御装置１２は、速度Ｖが所定速度Ｖ１未満と判断した場合（ステップＳ４ ＹＥＳ）、ステップＳ５に処理を進める。

【0026】

ステップＳ５では車両制御装置１２は、昇温モータリング制御を実行する。具体的には、車両制御装置１２は、昇温モータリング制御を開始すると、発電機４を力行させる。また、車両制御装置１２は、加熱装置３８をオンにする。さらに、車両制御装置１２は、エンジン制御装置１４に昇温モータリング制御を実行するための信号を送信する。エンジン制御装置１４は、昇温モータリング制御の信号を受信すると、モータリングカムに切り替える。車両制御装置１２は、発電機４の出力（以下明細書においてモータリング出力と記す）を、レベル４とする。モータリング出力はレベル１が最も小さく、レベル４に向かうにつれて大きくなる。すなわち、本実施形態ではモータリング出力は、４段階のレベルである。レベル１は、内燃機関１が初爆を得られる程度の回転数（例えば６００ｒｐｍ程度）を使用して内燃機関１を駆動するモータリング出力である。レベル２は、内燃機関１のアイドル回転数程度（例えば７００ｒｐｍ程度）を使用して内燃機関１を駆動するモータリング出力である。レベル３が内燃機関１のアイドル回転数よりやや高い回転数（例えば８００ｒｐｍ程度）を使用して内燃機関１を駆動するモータリング出力である。レベル４は、内燃機関１をレベル３の回転数よりも高い回転数（例えば１０００ｒｐｍ程度）を使用して内燃機関１を駆動するモータリング出力である。モータリングする回転数が高いほど、加熱装置３８と気筒５０との間を往復する単位時間あたりの気体の量が多くなる。このため、昇温モータリング制御におけるモータリングする回転数が高いほど内燃機関１が素早く温まる。車両制御装置１２は、モータリング出力レベル４の昇温モータリング制御を実行するとステップＳ６に処理を進める。

【0027】

ステップＳ６では車両制御装置１２は、モータリングを終了するか否か判断する。車両制御装置１２は、例えばモータリング可能時間を経過したと車両制御装置１２が判断した場合、モータリングを終了すると判断してもよい。そのほか車両制御装置１２は、内燃機関１の水温が、気筒５０内の燃料が気化するのに十分な温度（例えば摂氏２０度以上）になったと判断した場合、モータリングを終了すると判断してもよい。車両制御装置１２は、モータリングを終了すると判断した場合（ステップＳ６ ＹＥＳ）、制御手順を終了する。なお、車両制御装置１２は、制御手順を終了したのち燃料噴射と点火を開始し、内燃機関１を始動する。

【0028】

ステップＳ６において、車両制御装置１２がモータリングを終了しないと判断した場合（ステップＳ７ ＮＯ）、ステップＳ２に処理を進める。

【0029】

ステップＳ４において車両制御装置１２が、速度Ｖが所定速度Ｖ１以上であると判断した場合（ステップＳ４ ＮＯ）、車両制御装置１２はステップＳ７に処理を進める。ステップＳ７では車両制御装置１２は、モータリング出力レベル３の昇温モータリング制御を実行する。速度Ｖが所定速度Ｖ１以上の場合、電動車両Ｃはモータ２によって走行している可能性がある。この場合、駆動用電池６の電力がモータ２によっても消費されている。このため、車両制御装置１２は、昇温モータリング制御による電力の消費を抑制するため、ステップＳ５よりもモータリング出力を抑制する。車両制御装置１２は、ステップＳ７の処理を実行するとステップＳ６に処理を進める。

【0030】

ステップＳ２において車両制御装置１２が、温度Ｔが第１所定温度Ｔ１以下かつ第２所定温度Ｔ２より大きい値にないと判断した場合（ステップＳ２ ＮＯ）、車両制御装置１２は、ステップＳ８に処理を進める。

【0031】

ステップＳ８では車両制御装置１２は、温度Ｔが第２所定温度Ｔ２以下か否か判断する。すなわち、車両制御装置１２は、内燃機関１が極冷態始動を実行するか否か判断する。車両制御装置１２は、温度Ｔが第２所定温度Ｔ２以下であると判断した場合（ステップＳ８ ＹＥＳ）、ステップＳ９に処理を進める。

【0032】

ステップＳ９では車両制御装置１２は、モータリング可能時間を取得する。車両制御装置１２は、モータリング可能時間をステップＳ３と同様に算出してもよい。車両制御装置１２は、モータリング可能時間を取得するとステップＳ１０に処理を進める。

【0033】

ステップＳ１０では車両制御装置１２は、昇温モータリング制御において加熱装置３８をオフにするための信号をエンジン制御装置１４に送信する。車両制御装置１２は、信号を送信するとステップＳ１１に処理を進める。

【0034】

ステップＳ１１では車両制御装置１２は、電動車両Ｃの速度Ｖを取得し、速度Ｖが所定速度Ｖ１未満か否かを判断する。車両制御装置１２は、速度Ｖが所定速度Ｖ１未満と判断した場合（ステップ１１ ＹＥＳ）、ステップＳ１２に処理を進める。

【0035】

ステップＳ１２では車両制御装置１２は、加熱装置３８をオフの状態にして昇温モータリング制御を実行する。車両制御装置１２は、モータリング出力レベル２の昇温モータリング制御（加熱装置３８オフ）を実行する。車両制御装置１２は、モータリング出力レベル２の昇温モータリング制御を実行するとステップＳ１３に処理を進める。

【0036】

ステップＳ１３において車両制御装置１２は、内燃機関１の温度Ｔを取得し、温度Ｔが第３所定温度Ｔ３以上か否か判断する。本実施形態では車両制御装置１２は、ステップＳ１３における内燃機関１の温度Ｔを、内燃機関１の水温から取得する。第３所定温度Ｔ３は、例えば内燃機関１のフリクションが低下し始める温度（例えば摂氏ゼロ度から摂氏２０度の間の値）であってもよい。内燃機関１のフリクションが低下すると、昇温モータリング制御による電力の消費が下がる。車両制御装置１２は、温度Ｔが第３所定温度Ｔ３以上と判断すると、ステップＳ１４に処理を進める。

【0037】

ステップＳ１４では車両制御装置１２は、昇温モータリング制御において加熱装置３８をオンにするための信号をエンジン制御装置１４に送信する。エンジン制御装置１４は、車両制御装置１２から加熱装置３８をオンする信号を取得すると加熱装置３８をオンにする。車両制御装置１２は、信号を送信するとステップＳ６に処理を進める。

【0038】

ステップＳ８において車両制御装置１２が、温度Ｔが第２所定温度Ｔ２以下でないと判断した場合（ステップＳ８ ＮＯ）、車両制御装置１２は、制御手順を終了する。すなわち、内燃機関１の温度ＴがＴ１より大きい場合、内燃機関１を暖機する必要がない。

【0039】

ステップＳ１２において車両制御装置１２が、速度Ｖが所定速度Ｖ１以上であると判断した場合（ステップＳ１２ ＮＯ）、車両制御装置１２はステップＳ１５に処理を進める。ステップＳ１５では車両制御装置１２は、モータリング出力レベル１の昇温モータリング制御を実行する。

【0040】

このように車両制御装置１２は、内燃機関１の温度Ｔ、および電動車両Ｃの走行状態に応じて、モータリング出力を変化させる。

【0041】

例えば、温度Ｔが第２所定温度Ｔ２以下となる極冷態状態では、内燃機関１のオイルの粘度の影響によってモータリングする際の内燃機関１のフリクションが大きい。さらに、極冷態始動に比べると駆動用電池６の出力可能な電力も小さい。このような場合、モータリング出力を抑制し、駆動用電池６を保護することが好ましい。さらに極冷態状態では、加熱装置３８を停止し、駆動用電池６からの電力の供給を抑制することが好ましい。

【0042】

温度Ｔが第２所定温度Ｔ２より大きく第１所定温度Ｔ１以下となる冷態状態では、極冷態状態よりも内燃機関１のフリクションが小さく、駆動用電池６からの出力可能な電力も大きい。したがって、冷態状態では、加熱装置３８を使った昇温モータリング制御によって、素早く内燃機関１を暖機する方が好ましい。

【0043】

また、電動車両Ｃの速度Ｖが、所定速度Ｖ１未満となる停車状態では、モータ２による走行の必要がない。これによって、駆動用電池６の出力可能の電力を、昇温モータリング制御に振り分けやすい。このため、車両制御装置１２は、電動車両Ｃが停止中はモータリング出力を高くし、内燃機関１を素早く暖機できる。

【0044】

以上説明した通り、本開示によれば、新規のモータリングを実現できる内燃機関の制御システムを提供できる。

【0045】

＜他の実施形態＞
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の変形例は必要に応じて任意に組合せ可能である。

【0046】

（ａ）上記実施形態では、内燃機関１が４つの気筒５０を有する例について説明したが本開示はこれに限定されない。内燃機関１は、少なくとも１つ以上の気筒５０を有すればよい。

【0047】

（ｂ）上記実施形態では、ファイアリングカムとモータリングカムを切り替えることによって保温モータリング制御および昇温モータリング制御を実行する例を説明したが本開示はこれに限定されない。吸気弁３５および排気弁３７は、保温モータリング制御および昇温モータリング制御が実行可能なように作動させることができれば、どのような方法によって作動させてもよい。

【符号の説明】

【0048】

１：内燃機関，４：発電機（回転電機の一例）
３８：加熱装置，４０：触媒
５０：気筒，５０ａ：第１気筒，５０ｂ：第２気筒

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】