JP2004308570A - ハイブリッド動力装置およびその運転方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】機関停止時や始動時に圧縮行程中の内燃機関に生じる振動を確実に低減させることができるハイブリッド動力装置およびその運転方法の提供。
【解決手段】内燃機関１とモータ・ジェネレータＭＧ１およびＭＧ２とを組み合わせたパラレル式のハイブリッド動力装置を備えた車両Ｃでは、内燃機関１を停止または始動させる際に、内燃機関１の吸気マニホールド４およびサージタンク１０等の内部を減圧させた状態で機関回転数が低下または増加させられる。
【選択図】 図２
【解決手段】内燃機関１とモータ・ジェネレータＭＧ１およびＭＧ２とを組み合わせたパラレル式のハイブリッド動力装置を備えた車両Ｃでは、内燃機関１を停止または始動させる際に、内燃機関１の吸気マニホールド４およびサージタンク１０等の内部を減圧させた状態で機関回転数が低下または増加させられる。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関と電動機とを組み合わせたパラレル式のハイブリッド動力装置およびその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、いわゆるパラレル式のハイブリッド動力装置として、ねじり振動を減衰するダンパと、遊星歯車機構とを介して内燃機関のクランクシャフトに２台のモータ・ジェネレータを結合させた装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この種の内燃機関を含むハイブリッド動力装置では、内燃機関の停止時や始動時等に、内燃機関のクランクシャフトに生じるねじり振動の共振を回避する必要がある。このため、このハイブリッド動力装置では、機関停止時に、ねじり振動の共振が認められる回転数域を素早く通過させるように、電動機から内燃機関のクランクシャフトに対して、当該クランクシャフトの回転方向と逆方向のトルクが加えられる。
【０００３】
また、内燃機関のクランクシャフトに生じるねじり振動の共振を防止する技術としては、内燃機関の有効圧縮比が低くなるように吸気弁の開閉タイミングを調整するものも知られている（例えば、特許文献２参照。）。このように、内燃機関の有効圧縮比を低下させることにより、クランクシャフトに作用するトルク変動が小さくなると共に、内燃機関における圧縮仕事が小さくなる。従って、かかる技術によれば、クランクシャフトのねじり振動の振幅を小さくすると共に、ねじり振動の共振が認められる回転数域を素早く通過させることが可能となる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−３０６７３９号公報
【特許文献２】
特開平１０−８２３３２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のようにして、ねじり振動の共振を防止したとしても、機関回転数が低い内燃機関の停止時や始動時に、特にねじり振動の共振が認められる回転数域において、圧縮行程中の内燃機関に振動が発生することがある。ここで、上述のようなパラレル式のハイブリッド動力装置を車両に適用した場合、内燃機関から駆動輪への動力伝達経路を完全に断つことができないことがあり、このような場合、圧縮行程中の内燃機関に発生した振動は駆動輪に伝わってしまう。そして、このような振動に起因するショックは、ハイブリッド動力装置を備えた車両のユーザによって不快なものとして知覚されてしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、機関停止時や始動時に圧縮行程中の内燃機関に生じる振動を確実に低減させることができるハイブリッド動力装置およびその運転方法の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によるハイブリッド動力装置は、内燃機関と電動機とを組み合わせたパラレル式のハイブリッド動力装置において、内燃機関を停止または始動させる際に、内燃機関の吸気系統を減圧させた状態で内燃機関の回転数が低下または増加させられることを特徴とする。
【０００８】
このハイブリッド動力装置では、内燃機関を停止または始動させる際に、吸気系統の内部が好ましくは大気圧以下に減圧され、吸気系統の内部が減圧されている状態で内燃機関の回転数が低下または増加させられる。これにより、このハイブリッド動力装置では、機関停止時や始動時の圧縮行程において燃焼室内で圧縮される空気量を減少させると共に、機関停止時等の圧縮行程における燃焼室の内圧を低下させることができるので、機関停止時や始動時の圧縮行程中に発生する内燃機関の振動を確実に低減させることが可能となる。
【０００９】
また、内燃機関の吸気系統を減圧させる際に、吸気系統に含まれるスロットルバルブが全閉にされると共に、電動機から内燃機関のクランクシャフトに対して、当該クランクシャフトの回転方向と同方向のトルクが加えられると好ましい。
【００１０】
このように、吸気系統への更なる空気の供給を停止させた状態で、クランクシャフトを電動機によって回転させることにより、吸気系統内に残された空気の燃焼室への吸入と、燃焼室からの空気等の排出とが促進されるので、速やかに吸気系統の内部を減圧させることが可能となる。
【００１１】
更に、内燃機関の吸気系統を減圧させる際に、内燃機関の吸気弁の開閉タイミングが進角させられると好ましい。
【００１２】
これにより、燃焼室への吸気系統内の空気の吸入をより一層促進させることができるので、吸気系統の内圧を極めて早期に目標値まで減圧させることが可能となる。
【００１３】
また、内燃機関の回転数を低下または増加させる際に、内燃機関の有効圧縮比が低下させられると好ましい。
【００１４】
これにより、内燃機関のクランクシャフトに作用するトルク変動が小さくなると共に、内燃機関における圧縮仕事が小さくなるので、クランクシャフトのねじり振動の振幅を小さくすると共に、ねじり振動の共振が認められる回転数域を素早く通過させることが可能となる。
【００１５】
更に、内燃機関の回転数を低下させる際に、電動機から内燃機関のクランクシャフトに対して、当該クランクシャフトの回転方向と逆方向のトルクが加えられると好ましい。
【００１６】
これにより、内燃機関を停止させる際に、ねじり振動の共振が認められる回転数域を素早く通過させることが可能となる。
【００１７】
本発明によるハイブリッド動力装置の運転方法は、内燃機関と電動機とを組み合わせたパラレル式のハイブリッド動力装置の運転方法において、内燃機関を停止または始動させる際に、内燃機関の吸気系統を減圧させ、吸気系統の内部が減圧されている状態で、内燃機関の回転数を低下または増加させることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明によるハイブリッド動力装置およびその運転方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明によるハイブリッド動力装置を備えた車両を示す概略構成図である。同図に示されるハイブリッド車両Ｃは、内燃機関１に加えて、モータ・ジェネレータＭＧ１およびＭＧ２を有する。そして、車両Ｃでは、内燃機関１およびモータ・ジェネレータＭＧ２が主に走行用駆動源として用いられる一方、モータ・ジェネレータＭＧ１が内燃機関１により駆動され、主に発電機として機能する。
【００２０】
ここでは、まず、車両Ｃに含まれる内燃機関１について説明する。この内燃機関１は、燃焼室２における燃料と空気との混合気の燃焼によってピストン３を往復移動させることにより、クランクシャフトＳを回転させて動力を発生するものである。なお、図１には１気筒のみが示されるが、内燃機関１は多気筒エンジンとして構成されると好ましく、本実施形態の内燃機関１は、例えば４気筒エンジンとして構成される。
【００２１】
各燃焼室２の吸気ポートは、吸気マニホールド４を構成する吸気管４ａにそれぞれ接続され、各燃焼室２の排気ポートは、排気マニホールド５を構成する排気管５ａにそれぞれ接続されている。また、内燃機関１のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Ｖｉと、排気ポートを開閉する排気弁Ｖｅとが各燃焼室２ごとに配設されている。各吸気弁Ｖｉおよび各排気弁Ｖｅは、可変バルブタイミング機能（ＶＶＴ）を有する動弁機構６によって開閉させられる。更に、内燃機関１のシリンダヘッドには、複数の点火プラグ７が各燃焼室２内に臨むように配設されている。各点火プラグ７は、イグナイタ８からディストリビュータ９を介して印加された高電圧によって電気火花を形成し、混合気を点火させる。
【００２２】
吸気マニホールド４（各吸気管４ａ）は、図１に示されるように、サージタンク１０を介して給気ライン１１に接続されており、給気ライン１１の中途には、スロットルバルブ１２が組み込まれている。本実施形態では、スロットルバルブ１２として、アクチュエータ（スロットルモータ）１３およびスロットル開度センサ１４を含む電子制御スロットルが採用されている。また、各吸気管４ａには、図示されない燃料ポンプを介して燃料タンクに接続された燃料噴射弁１５が設置されている。各燃料噴射弁１５は、ガソリン等の燃料を対応する吸気管４ａの内部に噴射可能であり、各燃料噴射弁１５により噴射された燃料は、サージタンク１０からの空気と混ざり合って混合気として各燃焼室２に吸入される。一方、排気マニホールド５は、図１に示されるように、触媒装置（三元触媒）１６に接続されている。触媒装置１６としては、任意のものを採用可能であり、通電加熱式の触媒装置が排気マニホールド５に接続されてもよい。
【００２３】
図１に示されるように、内燃機関１は、制御手段として機能するエンジン用電子制御ユニット（以下「エンジンＥＣＵ」という）２０を含み、このエンジンＥＣＵ２０には、上述の動弁機構６、イグナイタ８、スロットルバルブ１２（アクチュエータ１３）、各燃料噴射弁１５等が接続されている。エンジンＥＣＵ２０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートおよび記憶装置等を含むものである。更に、エンジンＥＣＵ２０には、内燃機関１の運転状態を検出する各種センサ等が接続されている。エンジンＥＣＵ２０に接続されるセンサ等には、スロットル開度センサ１４、サージタンク１０の内部圧力を検出する圧力センサ１７、エンジン水温を検出する水温センサ１８、ディストリビュータ９に備えられている回転数センサ９ａおよび回転角度センサ９ｂ等が含まれる。更に、エンジンＥＣＵ２０には、内燃機関１を始動させるためのセルモータ（スタータモータ）１９が接続されており、セルモータ１９の制御もエンジンＥＣＵ２０により実行される。
【００２４】
さて、上述の内燃機関１のクランクシャフトＳは、図１に示されるように、ねじり振動を減衰するダンパ２５と、遊星歯車機構３０とを介してモータ・ジェネレータＭＧ１およびＭＧ２と結合されている。そして、これらの内燃機関１、遊星歯車機構３０、モータ・ジェネレータＭＧ１およびＭＧ２は、パラレル式のハイブリッド動力装置を構成する。遊星歯車機構３０は、中心に位置するサンギヤ３１と、サンギヤ３１の外側に同心円状に設けられたリングギヤ３２と、サンギヤ３１およびリングギヤ３２の双方と噛み合ってサンギヤ３１の外周を自転しながら公転する複数のプラネタリピニオンギヤ３３と、各プラネタリピニオンギヤ３３の軸を回転自在に支持するプラネタリキャリア３４とを含む。
【００２５】
サンギヤ３１は、中空のサンギヤ軸Ｓ１を介してモータ・ジェネレータＭＧ１に連結されており、リングギヤ３２は、リングギヤ軸Ｓ２を介してモータ・ジェネレータＭＧ２に連結されている。また、プラネタリキャリア３４には、伝達シャフトＳ３が固定されている。伝達シャフトＳ３は、サンギヤ軸Ｓ１の内部に挿通されると共に、ダンパ２５を介して内燃機関１のクランクシャフトＳと連結されている。更に、リングギヤ３２は、チェーンベルト３５および動力伝達ギヤ２６を介して、ディファレンシャルギヤ２７に連結されている。
【００２６】
このように構成される遊星歯車機構３０は、動力の入出力軸としてクランクシャフトＳ（伝達シャフトＳ３）、サンギヤ軸Ｓ１およびリングギヤ軸Ｓ２という３本の軸を有し、これら３軸のうちの何れか２軸に入出力される動力が定まると、残りの軸に入出力される動力が他の２軸に入出力される動力に基づいて定まる。そして、遊星歯車機構３０は、モータ・ジェネレータＭＧ２の出力をチェーンベルト３５、動力伝達ギヤ２６、ディファレンシャルギヤ２７等を介して駆動輪Ｗに伝達する役割と、内燃機関１の出力をモータ・ジェネレータＭＧ１と駆動輪Ｗとに振り分ける動力分割機構としての役割と、モータ・ジェネレータＭＧ２や内燃機関１の回転速度を減速あるいは増速して駆動輪Ｗに伝達する変速機としての役割とを果たす。
【００２７】
モータ・ジェネレータＭＧ１およびＭＧ２は、電動機および発電機の双方として作動可能な交流同期電動機として構成されており、外周面に複数の永久磁石４１を有するロータ４２と、回転磁界を形成する三相コイル４４が巻回されたステータ４５とをそれぞれ含む。モータ・ジェネレータＭＧ１のロータ４２は、遊星歯車機構３０のサンギヤ軸Ｓ１に固定されており、モータ・ジェネレータＭＧ２のロータ４２は、遊星歯車機構３０のリングギヤ軸Ｓ２に固定されている。一方、モータ・ジェネレータＭＧ１およびＭＧ２のステータ４５は、モータ・ジェネレータＭＧ１およびＭＧ２ならびに遊星歯車機構３０により共用されるケーシング４０の内周面にそれぞれ固定されている。更に、サンギヤ軸Ｓ１には、モータ・ジェネレータＭＧ１のロータ４２の回転角度を検出するレゾルバＲ１が設けられており、リングギヤ軸Ｓ２には、モータ・ジェネレータＭＧ２のロータ４２の回転角度を検出するレゾルバＲ２が設けられている。
【００２８】
モータ・ジェネレータＭＧ１は、インバータ５１を介してモータ用電子制御ユニット（以下「モータＥＣＵ」という）５０に接続されており、モータ・ジェネレータＭＧ２は、インバータ５２を介してモータＥＣＵ５０に接続されている。モータＥＣＵ５０は、図示されないＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ、入出力ポートおよび記憶装置等を有し、インバータ５１および５２を制御することによって、走行用バッテリ５５から各モータ・ジェネレータＭＧ１および／またはＭＧ２の三相コイル４４に所定周波数で適切な電流値をもった交流電流を供給して、モータ・ジェネレータＭＧ１およびＭＧ２の動作を制御する。なお、車両Ｃでは、内燃機関１を始動させるためのセルモータ１９に対して、走行用バッテリ５５から電力が供給される。
【００２９】
そして、車両Ｃは、その全体の制御手段として機能するハイブリッドＥＣＵ１００を備えている。ハイブリッドＥＣＵ１００も、図示されないＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ、入出力ポートおよび記憶装置等を有し、その入出力ポートには、アクセルポジションセンサ５６、ブレーキポジションセンサ５７、シフトポジションセンサ５８、更には、イグニッションスイッチ５９等が接続されている。ハイブリッドＥＣＵ１００は、上述のエンジンＥＣＵ２０およびモータＥＣＵ５０との間で各種情報の受け渡しを行ないながら、車両Ｃの全体を制御する。
【００３０】
次に、上述の車両Ｃ（ハイブリッド動力装置）における内燃機関１の停止手順および始動手順について説明する。
【００３１】
まず、図２を参照しながら、車両Ｃにおける内燃機関１の停止手順について説明すると、車両Ｃにおいて内燃機関１が作動している際、ハイブリッドＥＣＵ１００は、ユーザによって内燃機関１を停止させるべき旨の指令がなされたか否かをモニタしている（Ｓ１０）。そして、ハイブリッドＥＣＵ１００は、ユーザによって内燃機関１を停止させるべき旨の指令がなされた場合、機関停止指令信号をエンジンＥＣＵ２０およびモータＥＣＵ５０の双方に瞬時に伝える。
【００３２】
エンジンＥＣＵ２０は、ハイブリッドＥＣＵ１００からの機関停止指令信号を受け取ると、サージタンク１０に設けられている圧力センサ１７により検出されるサージタンク１０の内部圧力と、予め定められている規定値Ｐｒ１とを比較する（Ｓ１２）。Ｓ１２にて用いられる規定値Ｐｒ１は、大気圧（およそ１０１３ｈＰａ）よりも小さい値として定められており、エンジンＥＣＵ２０の記憶装置に格納されている。本実施形態では、規定値Ｐｒ１は、例えば大気圧の半分程度の値（およそ５００ｈＰａ程度）とされている。
【００３３】
ここで、内燃機関１が作動している場合、サージタンク１０内には多量の空気が取り込まれていることから、一般に、サージタンク１０の内部圧力は規定値Ｐｒ１よりも大きくなる。従って、機関停止指令がなされた直後には、Ｓ１２において、通常、サージタンク１０の内部圧力が規定値Ｐｒ１を下回っていないと判断される。エンジンＥＣＵ２０は、サージタンク１０の内部圧力が規定値Ｐｒ１を下回っていない、すなわち、規定値Ｐｒ１以上であると判断した場合、ハイブリッドＥＣＵ１００を介してモータＥＣＵ５０に所定の指令信号を与えると共に、Ｓ１４の処理を実行する。
【００３４】
Ｓ１４において、エンジンＥＣＵ２０は、各燃料噴射弁１５からの燃料噴射を停止させると共に、吸気マニホールド４やサージタンク１０と共に吸気系統を構成する給気ライン１１に含まれるスロットルバルブ１２を完全に閉鎖させる。また、エンジンＥＣＵ２０からの指令信号を受け取ったモータＥＣＵ５０は、モータ・ジェネレータＭＧ１により、燃料供給が停止された内燃機関１のクランクシャフトＳがそれまでの回転方向と同方向に回転させられるように、予め定められているプログラム等に従ってインバータ５１および５２を制御する（Ｓ１４）。これにより、モータ・ジェネレータＭＧ２によってリングギヤ軸Ｓ２の回転が規制されると共に、クランクシャフトＳには、モータ・ジェネレータＭＧ１から、クランクシャフトＳの回転数が所定の目標回転数ＮＥ１に維持されるように、クランクシャフトＳのそれまでの回転方向と同方向のトルクが加えられる。
【００３５】
このように、サージタンク１０や吸気マニホールド４に対する更なる空気の供給を停止させた状態で、内燃機関１のクランクシャフトＳをモータ・ジェネレータＭＧ１によって回転させることにより、サージタンク１０や吸気マニホールド４の内部に残された空気の各燃焼室２への吸入と、各燃焼室２からの空気等の排出とが促進されるので、速やかにサージタンク１０や吸気マニホールド４等により構成される吸気系統の内部が減圧されることになる。なお、本実施形態において、上記目標回転数ＮＥ１は、クランクシャフトＳのねじり振動の共振回転数域よりも大きな値に設定される。
【００３６】
また、Ｓ１４において、エンジンＥＣＵ２０は、動弁機構６に所定の指令信号を与え、各吸気弁Ｖｉの開閉タイミングの進角量を最大に設定させる。このように、サージタンク１０や吸気マニホールド４の内部を減圧させる際に、各吸気弁Ｖｉの開閉タイミングを進角させることにより、各燃焼室２への空気の吸入をより一層促進させることができるので、サージタンク１０や吸気マニホールド４の内部を極めて早期に減圧させることが可能となる。
【００３７】
そして、Ｓ１４の処理後、エンジンＥＣＵ２０は、再度Ｓ１２にて、サージタンク１０に設けられている圧力センサ１７により検出されるサージタンク１０の内部圧力と、予め定められている規定値Ｐｒ１とを比較する。そして、Ｓ１４の処理は、Ｓ１２にて、エンジンＥＣＵ２０により、サージタンク１０の内部圧力が規定値Ｐｒ１を下回ったと判断されるまで継続される。エンジンＥＣＵ２０は、Ｓ１２にてサージタンク１０の内部圧力が規定値Ｐｒ１を下回ったと判断した場合、ハイブリッドＥＣＵ１００を介してモータＥＣＵ５０に所定の指令信号を与えると共に、Ｓ１６の処理を実行する。
【００３８】
Ｓ１６において、エンジンＥＣＵ２０は、各燃料噴射弁１５からの燃料噴射を停止させ、かつ、スロットルバルブ１２を完全に閉鎖させたままに維持する。また、エンジンＥＣＵ２０からの指令信号を受け取ったモータＥＣＵ５０は、モータ・ジェネレータＭＧ２によってリングギヤ軸Ｓ２の回転が規制されると共に、クランクシャフトＳに対して、モータ・ジェネレータＭＧ１から、クランクシャフトＳのそれまでの回転方向とは逆方向のトルクが加えられるように、予め定められているプログラム等に従ってインバータ５１および５２を制御する。
【００３９】
これにより、車両Ｃのハイブリッド動力装置では、内燃機関１を停止させる際に、サージタンク１０や吸気マニホールド４といった吸気系統の内部が大気圧以下の所定値Ｐｒ１を下回る程度にまで減圧された状態で、機関回転数が低下させられていくことになる。従って、車両Ｃのハイブリッド動力装置では、内燃機関１の停止時の圧縮行程において各燃焼室２内で圧縮される空気量を減少させると共に、機関停止時の圧縮行程における各燃焼室２の内圧を低下させることができるので、機関停止時の圧縮行程中に発生する内燃機関１の振動を確実に低減させることが可能となる。
【００４０】
すなわち、本発明によれば、内燃機関１が遊星歯車機構３０を介してモータ・ジェネレータＭＧ１およびＭＧ２と連結されており、内燃機関１から駆動輪Ｗへの動力伝達経路を完全に断つことができない車両Ｃにおいても、圧縮行程中の内燃機関１に発生した振動が駆動輪Ｗに伝わることによってもたらされる不快なショックを大幅に低減させることが可能となる。また、Ｓ１６において、モータ・ジェネレータＭＧ１からクランクシャフトＳに対して、当該クランクシャフトＳの回転方向と逆方向のトルクが加えられるようにすることで、内燃機関１の回転数を速やかに低下させると共に、ねじり振動の共振が認められる回転数域を素早く通過させることが可能となる。
【００４１】
更に、Ｓ１６において、エンジンＥＣＵ２０は、動弁機構６に所定の指令信号を与え、各吸気弁Ｖｉの開閉タイミングの遅角量を最大に設定させる。これにより、内燃機関１では、機関回転数を低下させる際に有効圧縮比が低下させられることになり、クランクシャフトＳに作用するトルク変動を小さくすると共に、圧縮仕事を小さくすることができる。この結果、クランクシャフトＳのねじり振動の振幅を小さくすると共に、ねじり振動の共振が認められる回転数域を素早く通過させることが可能となる。なお、エンジンＥＣＵ２０は、Ｓ１６の処理の後、ディストリビュータ９に含まれる回転数センサ９ａの検出値に基づいて内燃機関１が停止したか否かを判定し（Ｓ１８）、機関回転数がゼロになった段階で、Ｓ１６の処理を停止させ、図２の機関停止ルーチンを終了させる。
【００４２】
一方、ハイブリッド動力装置を備えた車両Ｃでは、図３に示される手順に従って内燃機関１が始動される。
【００４３】
図３に示されるように、車両Ｃにおいて、ハイブリッドＥＣＵ１００に電源が投入されている場合、ハイブリッドＥＣＵ１００は、ユーザによって内燃機関１を始動させるべき旨の指令がなされたか否かをモニタしている（Ｓ２０）。そして、ハイブリッドＥＣＵ１００は、ユーザによって内燃機関１を始動させるべき旨の指令がなされた場合、機関始動指令信号をエンジンＥＣＵ２０およびモータＥＣＵ５０の双方に瞬時に伝える。
【００４４】
エンジンＥＣＵ２０は、ハイブリッドＥＣＵ１００からの機関始動指令信号を受け取ると、サージタンク１０に設けられている圧力センサ１７により検出されるサージタンク１０の内部圧力と、予め定められている規定値Ｐｒ２とを比較する（Ｓ２２）。Ｓ２２にて用いられる規定値Ｐｒ２も、大気圧（およそ１０１３ｈＰａ）よりも小さい値として定められており、エンジンＥＣＵ２０の記憶装置に格納されている。本実施形態では、規定値Ｐｒ２も、例えば大気圧の半分程度の値（およそ５００ｈＰａ程度）とされている。
【００４５】
ここで、内燃機関１が停止された状態である程度の時間が経過している場合、サージタンク１０の内部圧力は概ね大気圧と同程度となっていることから、一般に、サージタンク１０の内部圧力は規定値Ｐｒ２よりも大きくなる。従って、機関始動指令がなされた直後には、Ｓ２２において、通常、サージタンク１０の内部圧力が規定値Ｐｒ２を下回っていないと判断される。エンジンＥＣＵ２０は、サージタンク１０の内部圧力が規定値Ｐｒ２を下回っていない、すなわち、規定値Ｐｒ２以上であると判断した場合、ハイブリッドＥＣＵ１００を介してモータＥＣＵ５０に所定の指令信号を与えると共に、Ｓ２４の処理を実行する。
【００４６】
Ｓ２４において、エンジンＥＣＵ２０は、各燃料噴射弁１５からの燃料噴射を停止させ、かつ、スロットルバルブ１２を完全に閉鎖させたままに維持する。また、エンジンＥＣＵ２０からの指令信号を受け取ったモータＥＣＵ５０は、モータ・ジェネレータＭＧ２によってリングギヤ軸Ｓ２の回転が規制されると共に、モータ・ジェネレータＭＧ１によって内燃機関１のクランクシャフトＳが所定の目標回転数ＮＥ２で回転させられるように、予め定められているプログラム等に従ってインバータ５１および５２を制御する（Ｓ２４）。
【００４７】
このように、サージタンク１０や吸気マニホールド４に対する空気の供給を停止させた状態で、内燃機関１のクランクシャフトＳをモータ・ジェネレータＭＧ１によって回転させることにより、サージタンク１０や吸気マニホールド４の内部に残された空気の各燃焼室２への吸入と、各燃焼室２からの空気等の排出とが促進されるので、速やかにサージタンク１０や吸気マニホールド４等により構成される吸気系統の内部が減圧されることになる。なお、本実施形態において、上記目標回転数ＮＥ２は、クランクシャフトＳのねじり振動の共振回転数域よりも小さな値に設定される。
【００４８】
更に、Ｓ２４において、エンジンＥＣＵ２０は、動弁機構６に所定の指令信号を与え、各吸気弁Ｖｉの開閉タイミングの進角量を最大に設定させる。このように、サージタンク１０や吸気マニホールド４の内部を減圧させる際に、各吸気弁Ｖｉの開閉タイミングを進角させることにより、各燃焼室２への空気の吸入をより一層促進させることができるので、サージタンク１０や吸気マニホールド４の内部を極めて早期に減圧させることが可能となる。
【００４９】
そして、Ｓ２４の処理後、エンジンＥＣＵ２０は、再度Ｓ２２にて、サージタンク１０に設けられている圧力センサ１７により検出されるサージタンク１０の内部圧力と、予め定められている規定値Ｐｒ２とを比較する。そして、Ｓ２４の処理は、Ｓ２２にて、エンジンＥＣＵ２０により、サージタンク１０の内部圧力が規定値Ｐｒ２を下回ったと判断されるまで継続される。エンジンＥＣＵ２０は、Ｓ２２にてサージタンク１０の内部圧力が規定値Ｐｒ２を下回ったと判断した場合、ハイブリッドＥＣＵ１００を介してモータＥＣＵ５０に所定の指令信号を与えると共に、Ｓ２６の処理を実行する。
【００５０】
Ｓ２６においても、エンジンＥＣＵ２０は、各燃料噴射弁１５からの燃料噴射を停止させ、かつ、スロットルバルブ１２を完全に閉鎖させたままに維持する。また、エンジンＥＣＵ２０からの指令信号を受け取ったモータＥＣＵ５０は、モータ・ジェネレータＭＧ２によってリングギヤ軸Ｓ２の回転が規制されると共に、クランクシャフトＳに対して、モータ・ジェネレータＭＧ１からクランクシャフトＳのそれまでの回転方向と同方向のトルクが加えられてクランクシャフトＳの回転数が増加させられるように、予め定められているプログラム等に従ってインバータ５１および５２を制御する。
【００５１】
これにより、車両Ｃのハイブリッド動力装置では、内燃機関１を始動させる際に、サージタンク１０や吸気マニホールド４といった吸気系統の内部が大気圧以下の所定値Ｐｒ２を下回る程度にまで減圧された状態で、機関回転数が増加させられていくことになる。従って、車両Ｃのハイブリッド動力装置では、内燃機関１の始動時の圧縮行程において各燃焼室２内で圧縮される空気量を減少させると共に、機関始動時の圧縮行程における各燃焼室２の内圧を低下させることができるので、機関始動時の圧縮行程中に発生する内燃機関１の振動を確実に低減させることが可能となる。
【００５２】
すなわち、車両Ｃでは、内燃機関１を始動させる際にも、圧縮行程中の内燃機関１に発生した振動が駆動輪Ｗに伝わることによってもたらされる不快なショックを大幅に低減させることが可能となる。また、Ｓ２６において、モータ・ジェネレータＭＧ１からクランクシャフトＳに対して、当該クランクシャフトＳの回転方向と同方向のトルクが加えられるようにすることで、内燃機関１の回転数を速やかに増加させると共に、ねじり振動の共振が認められる回転数域を素早く通過させることが可能となる。
【００５３】
更に、Ｓ２６において、エンジンＥＣＵ２０は、動弁機構６に所定の指令信号を与え、各吸気弁Ｖｉの開閉タイミングの遅角量を最大に設定させる。これにより、内燃機関１では、機関回転数を増加させる際に有効圧縮比が低下させられることになり、クランクシャフトＳに作用するトルク変動を小さくすると共に、圧縮仕事を小さくすることができる。この結果、クランクシャフトＳのねじり振動の振幅を小さくすると共に、ねじり振動の共振が認められる回転数域を素早く通過させることが可能となる。
【００５４】
エンジンＥＣＵ２０は、Ｓ２６の処理の後、ディストリビュータ９に含まれる回転数センサ９ａの検出値に基づいて内燃機関１の回転数がねじり振動の共振が認められる回転数域（共振回転数域）を超えたか否かを判定し（Ｓ２８）、機関回転数が共振回転数域を超えた段階でＳ２６の処理を停止させる。そして、ＥＣＵ２０は、図３の機関始動ルーチンを終了させ、通常運転時の処理へと移行することになる。
【００５５】
なお、車両Ｃにおいて、図２に示される手順に従って内燃機関１が一旦停止させられた後、ごく短時間のうちに機関始動指令がなされた場合、サージタンク１０内は上述のように大気圧以下の規定値Ｐｒ１程度にまで減圧されていることから、特に、図３に示される手順に従って内燃機関１を始動させる必要はない。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明されたように、本発明によれば、機関停止時や始動時に圧縮行程中の内燃機関に生じる振動を確実に低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による内燃機関を備えた車両を示す概略構成図である。
【図２】図１の車両における内燃機関の停止手順を説明するためのフローチャートである。
【図３】図１の車両における内燃機関の始動手順を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１ 内燃機関
２ 燃焼室
４ 吸気マニホールド
６ 動弁機構
１０ サージタンク
１１ 給気ライン
１２ スロットルバルブ
１５ 燃料噴射弁
１７ 圧力センサ
２０ エンジンＥＣＵ
３０ 遊星歯車機構
５０ モータＥＣＵ
５１，５２ インバータ
１００ ハイブリッドＥＣＵ
Ｃ ハイブリッド車両
ＭＧ１，ＭＧ２ モータ・ジェネレータ
Ｓ クランクシャフト
Ｖｉ 吸気弁
Ｗ 駆動輪
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関と電動機とを組み合わせたパラレル式のハイブリッド動力装置およびその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、いわゆるパラレル式のハイブリッド動力装置として、ねじり振動を減衰するダンパと、遊星歯車機構とを介して内燃機関のクランクシャフトに２台のモータ・ジェネレータを結合させた装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この種の内燃機関を含むハイブリッド動力装置では、内燃機関の停止時や始動時等に、内燃機関のクランクシャフトに生じるねじり振動の共振を回避する必要がある。このため、このハイブリッド動力装置では、機関停止時に、ねじり振動の共振が認められる回転数域を素早く通過させるように、電動機から内燃機関のクランクシャフトに対して、当該クランクシャフトの回転方向と逆方向のトルクが加えられる。
【０００３】
また、内燃機関のクランクシャフトに生じるねじり振動の共振を防止する技術としては、内燃機関の有効圧縮比が低くなるように吸気弁の開閉タイミングを調整するものも知られている（例えば、特許文献２参照。）。このように、内燃機関の有効圧縮比を低下させることにより、クランクシャフトに作用するトルク変動が小さくなると共に、内燃機関における圧縮仕事が小さくなる。従って、かかる技術によれば、クランクシャフトのねじり振動の振幅を小さくすると共に、ねじり振動の共振が認められる回転数域を素早く通過させることが可能となる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−３０６７３９号公報
【特許文献２】
特開平１０−８２３３２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のようにして、ねじり振動の共振を防止したとしても、機関回転数が低い内燃機関の停止時や始動時に、特にねじり振動の共振が認められる回転数域において、圧縮行程中の内燃機関に振動が発生することがある。ここで、上述のようなパラレル式のハイブリッド動力装置を車両に適用した場合、内燃機関から駆動輪への動力伝達経路を完全に断つことができないことがあり、このような場合、圧縮行程中の内燃機関に発生した振動は駆動輪に伝わってしまう。そして、このような振動に起因するショックは、ハイブリッド動力装置を備えた車両のユーザによって不快なものとして知覚されてしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、機関停止時や始動時に圧縮行程中の内燃機関に生じる振動を確実に低減させることができるハイブリッド動力装置およびその運転方法の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によるハイブリッド動力装置は、内燃機関と電動機とを組み合わせたパラレル式のハイブリッド動力装置において、内燃機関を停止または始動させる際に、内燃機関の吸気系統を減圧させた状態で内燃機関の回転数が低下または増加させられることを特徴とする。
【０００８】
このハイブリッド動力装置では、内燃機関を停止または始動させる際に、吸気系統の内部が好ましくは大気圧以下に減圧され、吸気系統の内部が減圧されている状態で内燃機関の回転数が低下または増加させられる。これにより、このハイブリッド動力装置では、機関停止時や始動時の圧縮行程において燃焼室内で圧縮される空気量を減少させると共に、機関停止時等の圧縮行程における燃焼室の内圧を低下させることができるので、機関停止時や始動時の圧縮行程中に発生する内燃機関の振動を確実に低減させることが可能となる。
【０００９】
また、内燃機関の吸気系統を減圧させる際に、吸気系統に含まれるスロットルバルブが全閉にされると共に、電動機から内燃機関のクランクシャフトに対して、当該クランクシャフトの回転方向と同方向のトルクが加えられると好ましい。
【００１０】
このように、吸気系統への更なる空気の供給を停止させた状態で、クランクシャフトを電動機によって回転させることにより、吸気系統内に残された空気の燃焼室への吸入と、燃焼室からの空気等の排出とが促進されるので、速やかに吸気系統の内部を減圧させることが可能となる。
【００１１】
更に、内燃機関の吸気系統を減圧させる際に、内燃機関の吸気弁の開閉タイミングが進角させられると好ましい。
【００１２】
これにより、燃焼室への吸気系統内の空気の吸入をより一層促進させることができるので、吸気系統の内圧を極めて早期に目標値まで減圧させることが可能となる。
【００１３】
また、内燃機関の回転数を低下または増加させる際に、内燃機関の有効圧縮比が低下させられると好ましい。
【００１４】
これにより、内燃機関のクランクシャフトに作用するトルク変動が小さくなると共に、内燃機関における圧縮仕事が小さくなるので、クランクシャフトのねじり振動の振幅を小さくすると共に、ねじり振動の共振が認められる回転数域を素早く通過させることが可能となる。
【００１５】
更に、内燃機関の回転数を低下させる際に、電動機から内燃機関のクランクシャフトに対して、当該クランクシャフトの回転方向と逆方向のトルクが加えられると好ましい。
【００１６】
これにより、内燃機関を停止させる際に、ねじり振動の共振が認められる回転数域を素早く通過させることが可能となる。
【００１７】
本発明によるハイブリッド動力装置の運転方法は、内燃機関と電動機とを組み合わせたパラレル式のハイブリッド動力装置の運転方法において、内燃機関を停止または始動させる際に、内燃機関の吸気系統を減圧させ、吸気系統の内部が減圧されている状態で、内燃機関の回転数を低下または増加させることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明によるハイブリッド動力装置およびその運転方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明によるハイブリッド動力装置を備えた車両を示す概略構成図である。同図に示されるハイブリッド車両Ｃは、内燃機関１に加えて、モータ・ジェネレータＭＧ１およびＭＧ２を有する。そして、車両Ｃでは、内燃機関１およびモータ・ジェネレータＭＧ２が主に走行用駆動源として用いられる一方、モータ・ジェネレータＭＧ１が内燃機関１により駆動され、主に発電機として機能する。
【００２０】
ここでは、まず、車両Ｃに含まれる内燃機関１について説明する。この内燃機関１は、燃焼室２における燃料と空気との混合気の燃焼によってピストン３を往復移動させることにより、クランクシャフトＳを回転させて動力を発生するものである。なお、図１には１気筒のみが示されるが、内燃機関１は多気筒エンジンとして構成されると好ましく、本実施形態の内燃機関１は、例えば４気筒エンジンとして構成される。
【００２１】
各燃焼室２の吸気ポートは、吸気マニホールド４を構成する吸気管４ａにそれぞれ接続され、各燃焼室２の排気ポートは、排気マニホールド５を構成する排気管５ａにそれぞれ接続されている。また、内燃機関１のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Ｖｉと、排気ポートを開閉する排気弁Ｖｅとが各燃焼室２ごとに配設されている。各吸気弁Ｖｉおよび各排気弁Ｖｅは、可変バルブタイミング機能（ＶＶＴ）を有する動弁機構６によって開閉させられる。更に、内燃機関１のシリンダヘッドには、複数の点火プラグ７が各燃焼室２内に臨むように配設されている。各点火プラグ７は、イグナイタ８からディストリビュータ９を介して印加された高電圧によって電気火花を形成し、混合気を点火させる。
【００２２】
吸気マニホールド４（各吸気管４ａ）は、図１に示されるように、サージタンク１０を介して給気ライン１１に接続されており、給気ライン１１の中途には、スロットルバルブ１２が組み込まれている。本実施形態では、スロットルバルブ１２として、アクチュエータ（スロットルモータ）１３およびスロットル開度センサ１４を含む電子制御スロットルが採用されている。また、各吸気管４ａには、図示されない燃料ポンプを介して燃料タンクに接続された燃料噴射弁１５が設置されている。各燃料噴射弁１５は、ガソリン等の燃料を対応する吸気管４ａの内部に噴射可能であり、各燃料噴射弁１５により噴射された燃料は、サージタンク１０からの空気と混ざり合って混合気として各燃焼室２に吸入される。一方、排気マニホールド５は、図１に示されるように、触媒装置（三元触媒）１６に接続されている。触媒装置１６としては、任意のものを採用可能であり、通電加熱式の触媒装置が排気マニホールド５に接続されてもよい。
【００２３】
図１に示されるように、内燃機関１は、制御手段として機能するエンジン用電子制御ユニット（以下「エンジンＥＣＵ」という）２０を含み、このエンジンＥＣＵ２０には、上述の動弁機構６、イグナイタ８、スロットルバルブ１２（アクチュエータ１３）、各燃料噴射弁１５等が接続されている。エンジンＥＣＵ２０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートおよび記憶装置等を含むものである。更に、エンジンＥＣＵ２０には、内燃機関１の運転状態を検出する各種センサ等が接続されている。エンジンＥＣＵ２０に接続されるセンサ等には、スロットル開度センサ１４、サージタンク１０の内部圧力を検出する圧力センサ１７、エンジン水温を検出する水温センサ１８、ディストリビュータ９に備えられている回転数センサ９ａおよび回転角度センサ９ｂ等が含まれる。更に、エンジンＥＣＵ２０には、内燃機関１を始動させるためのセルモータ（スタータモータ）１９が接続されており、セルモータ１９の制御もエンジンＥＣＵ２０により実行される。
【００２４】
さて、上述の内燃機関１のクランクシャフトＳは、図１に示されるように、ねじり振動を減衰するダンパ２５と、遊星歯車機構３０とを介してモータ・ジェネレータＭＧ１およびＭＧ２と結合されている。そして、これらの内燃機関１、遊星歯車機構３０、モータ・ジェネレータＭＧ１およびＭＧ２は、パラレル式のハイブリッド動力装置を構成する。遊星歯車機構３０は、中心に位置するサンギヤ３１と、サンギヤ３１の外側に同心円状に設けられたリングギヤ３２と、サンギヤ３１およびリングギヤ３２の双方と噛み合ってサンギヤ３１の外周を自転しながら公転する複数のプラネタリピニオンギヤ３３と、各プラネタリピニオンギヤ３３の軸を回転自在に支持するプラネタリキャリア３４とを含む。
【００２５】
サンギヤ３１は、中空のサンギヤ軸Ｓ１を介してモータ・ジェネレータＭＧ１に連結されており、リングギヤ３２は、リングギヤ軸Ｓ２を介してモータ・ジェネレータＭＧ２に連結されている。また、プラネタリキャリア３４には、伝達シャフトＳ３が固定されている。伝達シャフトＳ３は、サンギヤ軸Ｓ１の内部に挿通されると共に、ダンパ２５を介して内燃機関１のクランクシャフトＳと連結されている。更に、リングギヤ３２は、チェーンベルト３５および動力伝達ギヤ２６を介して、ディファレンシャルギヤ２７に連結されている。
【００２６】
このように構成される遊星歯車機構３０は、動力の入出力軸としてクランクシャフトＳ（伝達シャフトＳ３）、サンギヤ軸Ｓ１およびリングギヤ軸Ｓ２という３本の軸を有し、これら３軸のうちの何れか２軸に入出力される動力が定まると、残りの軸に入出力される動力が他の２軸に入出力される動力に基づいて定まる。そして、遊星歯車機構３０は、モータ・ジェネレータＭＧ２の出力をチェーンベルト３５、動力伝達ギヤ２６、ディファレンシャルギヤ２７等を介して駆動輪Ｗに伝達する役割と、内燃機関１の出力をモータ・ジェネレータＭＧ１と駆動輪Ｗとに振り分ける動力分割機構としての役割と、モータ・ジェネレータＭＧ２や内燃機関１の回転速度を減速あるいは増速して駆動輪Ｗに伝達する変速機としての役割とを果たす。
【００２７】
モータ・ジェネレータＭＧ１およびＭＧ２は、電動機および発電機の双方として作動可能な交流同期電動機として構成されており、外周面に複数の永久磁石４１を有するロータ４２と、回転磁界を形成する三相コイル４４が巻回されたステータ４５とをそれぞれ含む。モータ・ジェネレータＭＧ１のロータ４２は、遊星歯車機構３０のサンギヤ軸Ｓ１に固定されており、モータ・ジェネレータＭＧ２のロータ４２は、遊星歯車機構３０のリングギヤ軸Ｓ２に固定されている。一方、モータ・ジェネレータＭＧ１およびＭＧ２のステータ４５は、モータ・ジェネレータＭＧ１およびＭＧ２ならびに遊星歯車機構３０により共用されるケーシング４０の内周面にそれぞれ固定されている。更に、サンギヤ軸Ｓ１には、モータ・ジェネレータＭＧ１のロータ４２の回転角度を検出するレゾルバＲ１が設けられており、リングギヤ軸Ｓ２には、モータ・ジェネレータＭＧ２のロータ４２の回転角度を検出するレゾルバＲ２が設けられている。
【００２８】
モータ・ジェネレータＭＧ１は、インバータ５１を介してモータ用電子制御ユニット（以下「モータＥＣＵ」という）５０に接続されており、モータ・ジェネレータＭＧ２は、インバータ５２を介してモータＥＣＵ５０に接続されている。モータＥＣＵ５０は、図示されないＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ、入出力ポートおよび記憶装置等を有し、インバータ５１および５２を制御することによって、走行用バッテリ５５から各モータ・ジェネレータＭＧ１および／またはＭＧ２の三相コイル４４に所定周波数で適切な電流値をもった交流電流を供給して、モータ・ジェネレータＭＧ１およびＭＧ２の動作を制御する。なお、車両Ｃでは、内燃機関１を始動させるためのセルモータ１９に対して、走行用バッテリ５５から電力が供給される。
【００２９】
そして、車両Ｃは、その全体の制御手段として機能するハイブリッドＥＣＵ１００を備えている。ハイブリッドＥＣＵ１００も、図示されないＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ、入出力ポートおよび記憶装置等を有し、その入出力ポートには、アクセルポジションセンサ５６、ブレーキポジションセンサ５７、シフトポジションセンサ５８、更には、イグニッションスイッチ５９等が接続されている。ハイブリッドＥＣＵ１００は、上述のエンジンＥＣＵ２０およびモータＥＣＵ５０との間で各種情報の受け渡しを行ないながら、車両Ｃの全体を制御する。
【００３０】
次に、上述の車両Ｃ（ハイブリッド動力装置）における内燃機関１の停止手順および始動手順について説明する。
【００３１】
まず、図２を参照しながら、車両Ｃにおける内燃機関１の停止手順について説明すると、車両Ｃにおいて内燃機関１が作動している際、ハイブリッドＥＣＵ１００は、ユーザによって内燃機関１を停止させるべき旨の指令がなされたか否かをモニタしている（Ｓ１０）。そして、ハイブリッドＥＣＵ１００は、ユーザによって内燃機関１を停止させるべき旨の指令がなされた場合、機関停止指令信号をエンジンＥＣＵ２０およびモータＥＣＵ５０の双方に瞬時に伝える。
【００３２】
エンジンＥＣＵ２０は、ハイブリッドＥＣＵ１００からの機関停止指令信号を受け取ると、サージタンク１０に設けられている圧力センサ１７により検出されるサージタンク１０の内部圧力と、予め定められている規定値Ｐｒ１とを比較する（Ｓ１２）。Ｓ１２にて用いられる規定値Ｐｒ１は、大気圧（およそ１０１３ｈＰａ）よりも小さい値として定められており、エンジンＥＣＵ２０の記憶装置に格納されている。本実施形態では、規定値Ｐｒ１は、例えば大気圧の半分程度の値（およそ５００ｈＰａ程度）とされている。
【００３３】
ここで、内燃機関１が作動している場合、サージタンク１０内には多量の空気が取り込まれていることから、一般に、サージタンク１０の内部圧力は規定値Ｐｒ１よりも大きくなる。従って、機関停止指令がなされた直後には、Ｓ１２において、通常、サージタンク１０の内部圧力が規定値Ｐｒ１を下回っていないと判断される。エンジンＥＣＵ２０は、サージタンク１０の内部圧力が規定値Ｐｒ１を下回っていない、すなわち、規定値Ｐｒ１以上であると判断した場合、ハイブリッドＥＣＵ１００を介してモータＥＣＵ５０に所定の指令信号を与えると共に、Ｓ１４の処理を実行する。
【００３４】
Ｓ１４において、エンジンＥＣＵ２０は、各燃料噴射弁１５からの燃料噴射を停止させると共に、吸気マニホールド４やサージタンク１０と共に吸気系統を構成する給気ライン１１に含まれるスロットルバルブ１２を完全に閉鎖させる。また、エンジンＥＣＵ２０からの指令信号を受け取ったモータＥＣＵ５０は、モータ・ジェネレータＭＧ１により、燃料供給が停止された内燃機関１のクランクシャフトＳがそれまでの回転方向と同方向に回転させられるように、予め定められているプログラム等に従ってインバータ５１および５２を制御する（Ｓ１４）。これにより、モータ・ジェネレータＭＧ２によってリングギヤ軸Ｓ２の回転が規制されると共に、クランクシャフトＳには、モータ・ジェネレータＭＧ１から、クランクシャフトＳの回転数が所定の目標回転数ＮＥ１に維持されるように、クランクシャフトＳのそれまでの回転方向と同方向のトルクが加えられる。
【００３５】
このように、サージタンク１０や吸気マニホールド４に対する更なる空気の供給を停止させた状態で、内燃機関１のクランクシャフトＳをモータ・ジェネレータＭＧ１によって回転させることにより、サージタンク１０や吸気マニホールド４の内部に残された空気の各燃焼室２への吸入と、各燃焼室２からの空気等の排出とが促進されるので、速やかにサージタンク１０や吸気マニホールド４等により構成される吸気系統の内部が減圧されることになる。なお、本実施形態において、上記目標回転数ＮＥ１は、クランクシャフトＳのねじり振動の共振回転数域よりも大きな値に設定される。
【００３６】
また、Ｓ１４において、エンジンＥＣＵ２０は、動弁機構６に所定の指令信号を与え、各吸気弁Ｖｉの開閉タイミングの進角量を最大に設定させる。このように、サージタンク１０や吸気マニホールド４の内部を減圧させる際に、各吸気弁Ｖｉの開閉タイミングを進角させることにより、各燃焼室２への空気の吸入をより一層促進させることができるので、サージタンク１０や吸気マニホールド４の内部を極めて早期に減圧させることが可能となる。
【００３７】
そして、Ｓ１４の処理後、エンジンＥＣＵ２０は、再度Ｓ１２にて、サージタンク１０に設けられている圧力センサ１７により検出されるサージタンク１０の内部圧力と、予め定められている規定値Ｐｒ１とを比較する。そして、Ｓ１４の処理は、Ｓ１２にて、エンジンＥＣＵ２０により、サージタンク１０の内部圧力が規定値Ｐｒ１を下回ったと判断されるまで継続される。エンジンＥＣＵ２０は、Ｓ１２にてサージタンク１０の内部圧力が規定値Ｐｒ１を下回ったと判断した場合、ハイブリッドＥＣＵ１００を介してモータＥＣＵ５０に所定の指令信号を与えると共に、Ｓ１６の処理を実行する。
【００３８】
Ｓ１６において、エンジンＥＣＵ２０は、各燃料噴射弁１５からの燃料噴射を停止させ、かつ、スロットルバルブ１２を完全に閉鎖させたままに維持する。また、エンジンＥＣＵ２０からの指令信号を受け取ったモータＥＣＵ５０は、モータ・ジェネレータＭＧ２によってリングギヤ軸Ｓ２の回転が規制されると共に、クランクシャフトＳに対して、モータ・ジェネレータＭＧ１から、クランクシャフトＳのそれまでの回転方向とは逆方向のトルクが加えられるように、予め定められているプログラム等に従ってインバータ５１および５２を制御する。
【００３９】
これにより、車両Ｃのハイブリッド動力装置では、内燃機関１を停止させる際に、サージタンク１０や吸気マニホールド４といった吸気系統の内部が大気圧以下の所定値Ｐｒ１を下回る程度にまで減圧された状態で、機関回転数が低下させられていくことになる。従って、車両Ｃのハイブリッド動力装置では、内燃機関１の停止時の圧縮行程において各燃焼室２内で圧縮される空気量を減少させると共に、機関停止時の圧縮行程における各燃焼室２の内圧を低下させることができるので、機関停止時の圧縮行程中に発生する内燃機関１の振動を確実に低減させることが可能となる。
【００４０】
すなわち、本発明によれば、内燃機関１が遊星歯車機構３０を介してモータ・ジェネレータＭＧ１およびＭＧ２と連結されており、内燃機関１から駆動輪Ｗへの動力伝達経路を完全に断つことができない車両Ｃにおいても、圧縮行程中の内燃機関１に発生した振動が駆動輪Ｗに伝わることによってもたらされる不快なショックを大幅に低減させることが可能となる。また、Ｓ１６において、モータ・ジェネレータＭＧ１からクランクシャフトＳに対して、当該クランクシャフトＳの回転方向と逆方向のトルクが加えられるようにすることで、内燃機関１の回転数を速やかに低下させると共に、ねじり振動の共振が認められる回転数域を素早く通過させることが可能となる。
【００４１】
更に、Ｓ１６において、エンジンＥＣＵ２０は、動弁機構６に所定の指令信号を与え、各吸気弁Ｖｉの開閉タイミングの遅角量を最大に設定させる。これにより、内燃機関１では、機関回転数を低下させる際に有効圧縮比が低下させられることになり、クランクシャフトＳに作用するトルク変動を小さくすると共に、圧縮仕事を小さくすることができる。この結果、クランクシャフトＳのねじり振動の振幅を小さくすると共に、ねじり振動の共振が認められる回転数域を素早く通過させることが可能となる。なお、エンジンＥＣＵ２０は、Ｓ１６の処理の後、ディストリビュータ９に含まれる回転数センサ９ａの検出値に基づいて内燃機関１が停止したか否かを判定し（Ｓ１８）、機関回転数がゼロになった段階で、Ｓ１６の処理を停止させ、図２の機関停止ルーチンを終了させる。
【００４２】
一方、ハイブリッド動力装置を備えた車両Ｃでは、図３に示される手順に従って内燃機関１が始動される。
【００４３】
図３に示されるように、車両Ｃにおいて、ハイブリッドＥＣＵ１００に電源が投入されている場合、ハイブリッドＥＣＵ１００は、ユーザによって内燃機関１を始動させるべき旨の指令がなされたか否かをモニタしている（Ｓ２０）。そして、ハイブリッドＥＣＵ１００は、ユーザによって内燃機関１を始動させるべき旨の指令がなされた場合、機関始動指令信号をエンジンＥＣＵ２０およびモータＥＣＵ５０の双方に瞬時に伝える。
【００４４】
エンジンＥＣＵ２０は、ハイブリッドＥＣＵ１００からの機関始動指令信号を受け取ると、サージタンク１０に設けられている圧力センサ１７により検出されるサージタンク１０の内部圧力と、予め定められている規定値Ｐｒ２とを比較する（Ｓ２２）。Ｓ２２にて用いられる規定値Ｐｒ２も、大気圧（およそ１０１３ｈＰａ）よりも小さい値として定められており、エンジンＥＣＵ２０の記憶装置に格納されている。本実施形態では、規定値Ｐｒ２も、例えば大気圧の半分程度の値（およそ５００ｈＰａ程度）とされている。
【００４５】
ここで、内燃機関１が停止された状態である程度の時間が経過している場合、サージタンク１０の内部圧力は概ね大気圧と同程度となっていることから、一般に、サージタンク１０の内部圧力は規定値Ｐｒ２よりも大きくなる。従って、機関始動指令がなされた直後には、Ｓ２２において、通常、サージタンク１０の内部圧力が規定値Ｐｒ２を下回っていないと判断される。エンジンＥＣＵ２０は、サージタンク１０の内部圧力が規定値Ｐｒ２を下回っていない、すなわち、規定値Ｐｒ２以上であると判断した場合、ハイブリッドＥＣＵ１００を介してモータＥＣＵ５０に所定の指令信号を与えると共に、Ｓ２４の処理を実行する。
【００４６】
Ｓ２４において、エンジンＥＣＵ２０は、各燃料噴射弁１５からの燃料噴射を停止させ、かつ、スロットルバルブ１２を完全に閉鎖させたままに維持する。また、エンジンＥＣＵ２０からの指令信号を受け取ったモータＥＣＵ５０は、モータ・ジェネレータＭＧ２によってリングギヤ軸Ｓ２の回転が規制されると共に、モータ・ジェネレータＭＧ１によって内燃機関１のクランクシャフトＳが所定の目標回転数ＮＥ２で回転させられるように、予め定められているプログラム等に従ってインバータ５１および５２を制御する（Ｓ２４）。
【００４７】
このように、サージタンク１０や吸気マニホールド４に対する空気の供給を停止させた状態で、内燃機関１のクランクシャフトＳをモータ・ジェネレータＭＧ１によって回転させることにより、サージタンク１０や吸気マニホールド４の内部に残された空気の各燃焼室２への吸入と、各燃焼室２からの空気等の排出とが促進されるので、速やかにサージタンク１０や吸気マニホールド４等により構成される吸気系統の内部が減圧されることになる。なお、本実施形態において、上記目標回転数ＮＥ２は、クランクシャフトＳのねじり振動の共振回転数域よりも小さな値に設定される。
【００４８】
更に、Ｓ２４において、エンジンＥＣＵ２０は、動弁機構６に所定の指令信号を与え、各吸気弁Ｖｉの開閉タイミングの進角量を最大に設定させる。このように、サージタンク１０や吸気マニホールド４の内部を減圧させる際に、各吸気弁Ｖｉの開閉タイミングを進角させることにより、各燃焼室２への空気の吸入をより一層促進させることができるので、サージタンク１０や吸気マニホールド４の内部を極めて早期に減圧させることが可能となる。
【００４９】
そして、Ｓ２４の処理後、エンジンＥＣＵ２０は、再度Ｓ２２にて、サージタンク１０に設けられている圧力センサ１７により検出されるサージタンク１０の内部圧力と、予め定められている規定値Ｐｒ２とを比較する。そして、Ｓ２４の処理は、Ｓ２２にて、エンジンＥＣＵ２０により、サージタンク１０の内部圧力が規定値Ｐｒ２を下回ったと判断されるまで継続される。エンジンＥＣＵ２０は、Ｓ２２にてサージタンク１０の内部圧力が規定値Ｐｒ２を下回ったと判断した場合、ハイブリッドＥＣＵ１００を介してモータＥＣＵ５０に所定の指令信号を与えると共に、Ｓ２６の処理を実行する。
【００５０】
Ｓ２６においても、エンジンＥＣＵ２０は、各燃料噴射弁１５からの燃料噴射を停止させ、かつ、スロットルバルブ１２を完全に閉鎖させたままに維持する。また、エンジンＥＣＵ２０からの指令信号を受け取ったモータＥＣＵ５０は、モータ・ジェネレータＭＧ２によってリングギヤ軸Ｓ２の回転が規制されると共に、クランクシャフトＳに対して、モータ・ジェネレータＭＧ１からクランクシャフトＳのそれまでの回転方向と同方向のトルクが加えられてクランクシャフトＳの回転数が増加させられるように、予め定められているプログラム等に従ってインバータ５１および５２を制御する。
【００５１】
これにより、車両Ｃのハイブリッド動力装置では、内燃機関１を始動させる際に、サージタンク１０や吸気マニホールド４といった吸気系統の内部が大気圧以下の所定値Ｐｒ２を下回る程度にまで減圧された状態で、機関回転数が増加させられていくことになる。従って、車両Ｃのハイブリッド動力装置では、内燃機関１の始動時の圧縮行程において各燃焼室２内で圧縮される空気量を減少させると共に、機関始動時の圧縮行程における各燃焼室２の内圧を低下させることができるので、機関始動時の圧縮行程中に発生する内燃機関１の振動を確実に低減させることが可能となる。
【００５２】
すなわち、車両Ｃでは、内燃機関１を始動させる際にも、圧縮行程中の内燃機関１に発生した振動が駆動輪Ｗに伝わることによってもたらされる不快なショックを大幅に低減させることが可能となる。また、Ｓ２６において、モータ・ジェネレータＭＧ１からクランクシャフトＳに対して、当該クランクシャフトＳの回転方向と同方向のトルクが加えられるようにすることで、内燃機関１の回転数を速やかに増加させると共に、ねじり振動の共振が認められる回転数域を素早く通過させることが可能となる。
【００５３】
更に、Ｓ２６において、エンジンＥＣＵ２０は、動弁機構６に所定の指令信号を与え、各吸気弁Ｖｉの開閉タイミングの遅角量を最大に設定させる。これにより、内燃機関１では、機関回転数を増加させる際に有効圧縮比が低下させられることになり、クランクシャフトＳに作用するトルク変動を小さくすると共に、圧縮仕事を小さくすることができる。この結果、クランクシャフトＳのねじり振動の振幅を小さくすると共に、ねじり振動の共振が認められる回転数域を素早く通過させることが可能となる。
【００５４】
エンジンＥＣＵ２０は、Ｓ２６の処理の後、ディストリビュータ９に含まれる回転数センサ９ａの検出値に基づいて内燃機関１の回転数がねじり振動の共振が認められる回転数域（共振回転数域）を超えたか否かを判定し（Ｓ２８）、機関回転数が共振回転数域を超えた段階でＳ２６の処理を停止させる。そして、ＥＣＵ２０は、図３の機関始動ルーチンを終了させ、通常運転時の処理へと移行することになる。
【００５５】
なお、車両Ｃにおいて、図２に示される手順に従って内燃機関１が一旦停止させられた後、ごく短時間のうちに機関始動指令がなされた場合、サージタンク１０内は上述のように大気圧以下の規定値Ｐｒ１程度にまで減圧されていることから、特に、図３に示される手順に従って内燃機関１を始動させる必要はない。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明されたように、本発明によれば、機関停止時や始動時に圧縮行程中の内燃機関に生じる振動を確実に低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による内燃機関を備えた車両を示す概略構成図である。
【図２】図１の車両における内燃機関の停止手順を説明するためのフローチャートである。
【図３】図１の車両における内燃機関の始動手順を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１ 内燃機関
２ 燃焼室
４ 吸気マニホールド
６ 動弁機構
１０ サージタンク
１１ 給気ライン
１２ スロットルバルブ
１５ 燃料噴射弁
１７ 圧力センサ
２０ エンジンＥＣＵ
３０ 遊星歯車機構
５０ モータＥＣＵ
５１，５２ インバータ
１００ ハイブリッドＥＣＵ
Ｃ ハイブリッド車両
ＭＧ１，ＭＧ２ モータ・ジェネレータ
Ｓ クランクシャフト
Ｖｉ 吸気弁
Ｗ 駆動輪
Claims (6)
- 内燃機関と電動機とを組み合わせたパラレル式のハイブリッド動力装置において、
前記内燃機関を停止または始動させる際に、前記内燃機関の吸気系統を減圧させた状態で前記内燃機関の回転数が低下または増加させられることを特徴とするハイブリッド動力装置。 - 前記内燃機関の吸気系統を減圧させる際に、前記吸気系統に含まれるスロットルバルブが全閉にされると共に、前記電動機から前記内燃機関のクランクシャフトに対して、当該クランクシャフトの回転方向と同方向のトルクが加えられることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド動力装置。
- 前記内燃機関の吸気系統を減圧させる際に、前記内燃機関の吸気弁の開閉タイミングが進角させられることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド動力装置。
- 前記内燃機関の回転数を低下または増加させる際に、前記内燃機関の有効圧縮比が低下させられることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のハイブリッド動力装置。
- 前記内燃機関の回転数を低下させる際に、前記電動機から前記内燃機関のクランクシャフトに対して、当該クランクシャフトの回転方向と逆方向のトルクが加えられることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のハイブリッド動力装置。
- 内燃機関と電動機とを組み合わせたパラレル式のハイブリッド動力装置の運転方法において、
前記内燃機関を停止または始動させる際に、前記内燃機関の吸気系統を減圧させ、前記吸気系統の内部が減圧されている状態で、前記内燃機関の回転数を低下または増加させることを特徴とするハイブリッド動力装置の運転方法。
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