JP2006233841A

JP2006233841A - エンジンの制御装置及びハイブリッド車両

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Publication number: JP2006233841A
Application number: JP2005048762A
Authority: JP
Inventors: Isao Matsumoto; 功松本; Genichi Murakami; 元一村上; Masahiro Nagae; 正浩長江; Tomoyuki Ono; 智幸小野; Taro Aoyama; 太郎青山; Hiroki Murata; 宏樹村田; Yoshinobu Hashimoto; 佳宜橋本; Akira Yamashita; 晃山下; Hiromasa Nishioka; 寛真西岡
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-02-24
Filing date: 2005-02-24
Publication date: 2006-09-07

Abstract

【課題】エンジンの制御装置及びハイブリッド車両において、エンジンにおける始動時の振動を抑制することでドライバビリティの向上を図る。
【解決手段】ＤＥ１１における各ピストン５２の位置を検出するクランクポジションセンサ２１と、ＤＥ１１のクランクシャフト２０を回転してピストン５２を所定の位置に停止可能なＭＧ１３とを用い、エンジンＥＣＵ２２は、ＤＥ１１の停止時にクランクポジションセンサ２１の検出結果に基づいてＭＧ１３を駆動して全てのピストン５２を中立位置にし、次のＤＥ１１の始動時にＳＣＶ装置６３により吸気ポート５５を閉止した状態でＭＧ１３によりクランキングを実行し、ＤＥ１１の回転数が所定回転数以上になると、ＳＣＶ装置６３により吸気ポート５５を開放してから、燃料噴射を開始する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの始動性を向上させるエンジンの制御装置、並びに、エンジンの制御装置を適用したハイブリッド車両に関するものである。

近年、燃料の燃焼によりトルクを出力するエンジンと、電力の供給によりトルクを出力する電気モータとを搭載し、このエンジンと電気モータのトルクを車輪に伝達することで走行可能とするハイブリッド車両が提案されている。このようなハイブリッド車両では、運転状態に応じてエンジン及び電気モータの駆動と停止を制御することにより、電気モータのトルクだけで車輪を駆動したり、エンジンと電気モータの両者のトルクにより車輪を駆動するようにしており、電気モータはバッテリに蓄積された電力により駆動することができ、このバッテリのエネルギが低下したときには、エンジンを駆動してバッテリの充電を行うようにしている。

なお、ハイブリッド車両としては、下記特許文献１に記載されたものがある。

特開平８−２３２８１７号公報

上述した従来のハイブリッド車両において、電気モータによる走行状態からエンジンによる走行状態に切り換わるとき、停止しているエンジンを始動するものである。ところが、このエンジンがディーゼルエンジンや筒内噴射式エンジンなどの場合、圧縮比が高く設定されているため、始動時に筒内圧が始動抵抗になって振動が発生し、このエンジン振動が車両振動となってドライバに違和感を与え、ドライバビリティを低下させてしまうという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するためのものであって、エンジンにおける始動時の振動を抑制することでドライバビリティの向上を図ったエンジンの制御装置及びハイブリッド車両を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のエンジンの制御装置は、エンジンにおけるピストン位置を検出するピストン位置検出手段と、前記エンジンのクランクシャフトを回転して前記ピストンを所定の位置に停止可能なモータと、前記エンジンの停止時に前記ピストン位置検出手段の検出結果に基づいて前記モータを駆動して前記ピストンを中立位置に停止する制御手段とを具えたことを特徴とするものである。

本発明のエンジンの制御装置では、前記エンジンの吸気ポートに吸気制御弁を設け、前記制御手段は、前記エンジンの始動時に前記吸気制御弁により前記吸気ポートを閉止し、前記エンジンの始動後に回転数が所定回転数以上になると前記吸気制御弁により前記吸気ポートを開放すると共に、燃料噴射を開始することを特徴としている。

本発明のエンジンの制御装置では、筒内圧を低減するデコンプ手段を設け、前記制御手段は、前記エンジンの始動時に前記デコンプ手段を作動して前記筒内圧を低減し、前記エンジンの始動後に回転数が所定回転数以上になると前記デコンプ手段の作動を停止すると共に、燃料噴射を開始することを特徴としている。

また、本発明のハイブリッド車両は、エンジンと、該エンジンの出力の少なくとも一部を用いて発電可能な発電機と、該発電機からの電力供給を受けて回転可能な電気モータと、前記エンジンの出力を駆動輪及び前記発電機に動力伝達すると共に前記電気モータの出力を前記駆動輪に動力伝達する動力分割機構と、前記エンジンにおけるピストン位置を検出するピストン位置検出手段と、前記エンジンの停止時に前記ピストン位置検出手段の検出結果に基づいて前記電気モータを駆動して前記ピストンを中立位置に停止する制御手段とを具えたことを特徴とするものである。

本発明のエンジンの制御装置によれば、ピストン位置検出手段と、クランクシャフトを回転してピストンを所定の位置に停止可能なモータとを設け、制御手段は、エンジンの停止時にピストン位置検出手段の検出結果に基づいてモータを駆動してピストンを中立位置に停止するので、エンジンの始動初期に全てのピストンが中立位置に停止しているため、圧縮行程にある気筒であっても、大きな圧縮反力が作用することはなく、エンジンは大きな振動を伴うことなく回転が上昇することとなり、エンジンにおける始動時の振動を抑制することでドライバビリティを向上することができる。

本発明のハイブリッド車両によれば、動力分割機構によりエンジンの出力を駆動輪及び発電機に動力伝達すると共に電気モータの出力を駆動輪に動力伝達可能とし、ピストン位置検出手段を設け、制御手段は、エンジンの停止時にピストン位置検出手段の検出結果に基づいて電気モータを駆動してピストンを中立位置に停止するので、エンジンの始動初期に全てのピストンが中立位置に停止しているため、圧縮行程にある気筒であっても、大きな圧縮反力が作用することはなく、エンジンは大きな振動を伴うことなく回転が上昇することとなり、電気モータによる走行状態からエンジンによる走行状態に切り換わっても、エンジン始動時の振動を抑制することで、ドライバに違和感を与えることなくドライバビリティを向上することができる。

以下に、本発明に係るエンジンの制御装置及びハイブリッド車両の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１に係るエンジンの制御装置の概略構成図、図２は、エンジンのピストン位置を表す概略図、図３は、スワールコントロールバルブの概略構成図、図４は、実施例１のエンジンの制御装置によるエンジン停止制御を表すフローチャート、図５は、実施例１のエンジンの制御装置によるエンジン始動制御を表すフローチャート、図６は、実施例１のハイブリッド車両における発電機とエンジンと電気モータの駆動力を表す共線図、図７は、実施例１のハイブリッド車両の概略構成図である。

本実施例のエンジンの制御装置が適用されたハイブリッド車両において、図７に示すように、車両には、動力源として、ディーゼルエンジン（ＤＥ）１１と電気モータとしてのモータジェネレータ（ＭＧ）１２が搭載されており、また、この車両には、ＤＥ１１の出力を受けて発電を行うモータジェネレータ（ＭＧ）１３も搭載されている。これらのＤＥ１１とＭＧ１２とＭＧ１３は、動力分割機構１４によって接続されている。この動力分割機構１４は、ＤＥ１１の出力をＭＧ１３と駆動輪１５とに振り分けると共に、ＭＧ１２からの出力を駆動輪１５に伝達したり、減速機１６及び駆動軸１７を介して駆動輪１５に伝達される駆動力に関する変速機として機能する。

ＭＧ１２は交流同期電動機であり、交流電力によって駆動する。インバータ１８は、バッテリ１９に蓄えられた電力を直流から交流に変換してＭＧ１２に供給すると共に、ＭＧ１３によって発電される電力を交流から直流に変換してバッテリ１９に蓄えるためのものである。ＭＧ１３も、基本的には上述したＭＧ１２とほぼ同様の構成を有しており、交流同期電動機としての構成を有している。この場合、ＭＧ１２が主として駆動力を出力するのに対し、ＭＧ１３は主としてＤＥ１１の出力を受けて発電するものである。

また、ＭＧ１２は主として駆動力を発生させるが、駆動輪１５の回転を利用して発電（回生発電）することもでき、発電機として機能することも可能である。このとき、駆動輪１５にはブレーキ（回生ブレーキ）が作用するので、これをフットブレーキやエンジンブレーキと併用することにより、車両を制動させることができる。一方、ＭＧ１３は主としてＤＥ１１の出力を受けて発電をするが、インバータ１８を介してバッテリ１９の電力を受けて駆動する電動機としても機能することができる。

ＤＥ１１のクランクシャフト２０には、ピストン位置及びエンジン回転数を検出するクランクポジションセンサ２１が設けられている。このクランクポジションセンサ２１は、エンジンＥＣＵ２２に接続され、検出結果を出力している。また、ＭＧ１２及びＭＧ１３の各駆動軸２３，２４には、それぞれの回転位置及び回転数を検出する回転数センサ２５，２６が設けられている。各回転数センサ２５，２６は、それぞれモータＥＣＵ２７に接続され、検出結果を出力している。

上述した動力分割機構１４は、プラネタリギヤユニットにより構成されている。即ち、この動力分割機構（プラネタリギヤユニット）１４は、サンギヤ４１と、このサンギヤ４１の周囲に配置された複数のプラネタリギヤ４２と、この各プラネタリギヤ４２を保持するギヤキャリア４３と、プラネタリギヤ４２のさらに外周に配置されたリングギヤ４４とから構成されている。そして、ＤＥ１１のクランクシャフト２０が中心軸４５を介してギヤキャリア４３に結合されており、ＤＥ１１の出力はプラネタリギヤユニット１４のギヤキャリア４３に入力される。また、ＭＧ１２は内部にステータ４６とロータ４７を有しており、このロータ４７が駆動軸２３を介してリングギヤ４４に結合され、ロータ４７及びリングギヤ４４は図示しないギヤユニットを介して減速機１６に結合されている。この減速機１６は、ＭＧ１２からプラネタリギヤユニット１４のリングギヤに入力された出力を駆動軸１７に伝達するものであり、ＭＧ１２は駆動軸１７と常時接続された状態となっている。

また、ＭＧ１３は、上述したＭＧ１２と同様に、内部にステータ４８とロータ４９を有しており、このロータ４９が駆動軸２４及び図示しないギヤユニットを介してサンギヤ４１に結合されている。つまり、ＤＥ１１の出力は、プラネタリギヤユニット１４で分割され、サンギヤ４１を介してＭＧ１３のロータ４９に入力される。また、ＤＥ１１の出力は、プラネタリギヤユニット１４で分割され、リングギヤ４４などを介して駆動軸１７にも伝達可能となっている。

そして、ＭＧ１３の発電量を制御してサンギヤ４１の回転を制御することにより、プラネタリギヤユニット１４全体を無段変速機として用いることができる。即ち、ＤＥ１１またはＭＧ１２の出力は、プラネタリギヤユニット１４によって変速された後に駆動軸１７に出力される。また、ＭＧ１３の発電量（電気モータとして機能する場合は電力消費量）を制御してＤＥ１１の回転数を制御することもできる。なお、ＭＧ１２、ＭＧ１３の回転数を制御する場合は、回転センサ２５，２６の出力を参照してモータＥＣＵ２７がインバータ１８を制御することにより行われることとなり、これによりＤＥ１１の回転数も制御可能である。

上述した各種制御は、複数の電子制御ユニット（ＥＣＵ）によって制御される。ハイブリッド車両として特徴的なＤＥ１１による駆動とＭＧ１２及びＭＧ１３による駆動とは、メインＥＣＵ２８によって総合的に制御される。即ち、メインＥＣＵ２８によりＤＥ１１の出力とＭＧ１２及びＭＧ１３による出力の配分が決定され、ＤＥ１１、ＭＧ１２及びＭＧ１３を制御すべく、各制御指令がエンジンＥＣＵ２２及びモータＥＣＵ２７に出力される。

また、エンジンＥＣＵ２２及びモータＥＣＵ２７は、ＤＥ１１、ＭＧ１２及びＭＧ１３の情報をメインＥＣＵ２８にも出力している。このメインＥＣＵ２８には、バッテリ１９を制御するバッテリＥＣＵ２９やブレーキを制御するブレーキＥＣＵ３０にも接続されている。このバッテリＥＣＵ２９はバッテリ１９の充電状態を監視し、充電量が不足した場合には、メインＥＣＵ２８に対して充電要求指令を出力する。充電要求を受けたメインＥＣＵ２８はバッテリ１９に充電をするようにＭＧ１３を発電させる制御を行う。ブレーキＥＣＵ３０は車両の制動を司っており、メインＥＣＵ２８と共にＭＧ１２による回生ブレーキを制御する。

本実施例のハイブリッド車両は、上述したように構成されているので、ハイブリッド車両を運行している間に車両全体で要求される必要出力をＤＥ１１とＭＧ１２（ＭＧ１３）とに配分することにより、ＤＥ１１の運転状態を所望の運転状態に制御しつつ、車両全体で要求される出力をも満たすことが可能となっている。

次に、上述した実施例１のハイブリッド車両におけるエンジンの制御装置について詳細に説明する。実施例１のハイブリッド車両におけるエンジンの制御装置において、図１及び図２に示すように、ディーゼルエンジン（ＤＥ）１１は、図示しないが、シリンダブロック上にシリンダヘッドが締結されており、複数（本実施例では４つ）のシリンダボア５１にピストン５２がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロックの下部にクランクシャフト２０が回転自在に支持されており、各ピストン５２はコネクティングロッド５３を介してこのクランクシャフト２０にそれぞれ連結されている。

シリンダブロックとシリンダヘッドとピストン５２により燃焼室５４が構成されており、この燃焼室５４は、上部に吸気ポート５５及び排気ポート５６が対向して形成されており、この吸気ポート５５及び排気ポート５６に対して吸気弁５７及び排気弁５８の下端部がそれぞれ位置している。この吸気弁５７及び排気弁５８は、シリンダヘッドに軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、吸気ポート５５及び排気ポート５６を閉止する方向に付勢支持されている。また、シリンダヘッドには、吸気カムシャフト及び排気カムシャフトが回転自在に支持されており、吸気カム及び排気カムがローラロッカアームを介して吸気弁５７及び排気弁５８の上端部に接触している。

従って、ＤＥ１１に同期して吸気カムシャフト及び排気カムシャフトが回転すると、吸気カム及び排気カムがローラロッカアームを作動させ、吸気弁５７及び排気弁５８が所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート５５及び排気ポート５６を開閉し、吸気ポート５５と燃焼室５４、燃焼室５４と排気ポート５６とをそれぞれ連通することができる。

吸気ポート５５には、インテークマニホールド５９を介して吸気管６０が連結されており、この吸気管６０の空気取入口にエアクリーナ６１が取付けられている。そして、このエアクリーナ６１の下流側にスロットルバルブ６２が設けられると共に、スロットルバルブ６２の下流側の各吸気ポート５５にスワールコントロールバルブ装置（吸気制御弁）６３が設けられている。

このスワールコントロールバルブ（以下、ＳＣＶ）装置６３は、図３に詳細に示すように、２つの吸気ポート５５（５５ａ，５５ｂ）に対応して、２つのＳＣＶ６４ａ，６４ｂがこの吸気ポート５５ａ，５５ｂを開閉自在に設けられている。即ち、各ＳＣＶ６４ａ，６４ｂは支持軸６５ａ，６５ｂの上端部に連結リンク６６ａ，６６ｂを介して作動杆６７ａ，６７ｂの一端部が連結され、この作動杆６７ａ，６７ｂの他端部に図示しない駆動アクチュエータが連結されている。従って、この駆動アクチュエータを駆動することで、作動杆６７ａ，６７ｂ、連結リンク６６ａ，６６ｂ、支持軸６５ａ，６５ｂを介してＳＣＶ６４ａ，６４ｂを回動し、このＳＣＶ６４ａ，６４ｂにより各吸気ポート５５ａ，５５ｂを独立して開閉することができる。

また、シリンダヘッドには、各燃焼室５４に燃料としての軽油を高圧で噴射可能なインジェクタ６８がそれぞれ装着されている。各インジェクタ６８は、デリバリパイプ６９及び燃料供給管７０を介して燃料ポンプ７１に連結されており、この燃料ポンプ７１はＤＥ１１によって駆動される。一方、排気ポート５６には、エギゾーストマニホールド７２を介して排気管７３が連結されている。

また、吸気管６０及び排気管７３には、ターボ過給機７４が設けられている。この電動アシストターボ過給機７４は、吸気管６０に設けられたコンプレッサ７４ａと排気管７３に設けられたタービン７４ｂとが駆動軸７４ｃにより一体に連結されてなる。そして、このターボ過給機７４におけるコンプレッサ７４ａの下流側の吸気管６０には、このコンプレッサ７４ａにより過給されて温度が上昇した吸気を冷却するインタークーラ７５が設けられている。

排気管７３には、排気ガス中に含まれる有害物質を浄化処理する排気浄化装置７６が設けられており、この排気浄化装置７６は、パティキュレートフィルタを有する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であって、排気ガス中の微粒子（ＰＭ：パティキュレート）、特に、黒煙を捕集すると共に、排気空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下したときに吸蔵したＮＯｘを放出し、添加した燃料により還元するものである。

ＤＥ１１には、排気ガスを吸気系に戻す排気再循環(ＥＧＲ)装置７７が設けられている。ＥＧＲ装置７７は、エギゾーストマニホールド７２とインテークマニホールド５９の直前の吸気管６０とを連結して排気ガスの一部を吸気系へ再循環させるＥＧＲ通路７８と、このＥＧＲ通路７８に設けられたＥＧＲ弁７９と、ＥＧＲ通路７８に設けられて排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ８０とから構成されている。

また、排気浄化装置７６は、排気ガス中の酸素濃度が低下したときに吸蔵したＮＯｘを放出し、この放出したＮＯｘを燃料により還元するものであることから、排気ポート５６に燃料（還元剤）を噴射する燃料添加弁８１がシリンダヘッドに設けられている。そして、この燃料添加弁８１は、燃料供給管８２を介して燃料ポンプ７１に連結されており、この燃料供給管８２には開閉弁８３が設けられている。

ところで、エンジンＥＣＵ２２は、ＤＥ１１の各種機器を制御可能となっている。即ち、エンジンＥＣＵ２２には、クランクポジションセンサ２１が検出したクランク角度が入力されており、このエンジンＥＣＵ２２は、クランク角度に基づいて各気筒における吸気、圧縮、膨張（爆発）、排気の各行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出している。また、エンジンＥＣＵ２２には、アクセルポジションセンサ８４が検出したアクセル開度が入力されており、このエンジンＥＣＵ２２は、アクセル開度及びエンジン回転数に基づいて燃料噴射量を決定している。そして、エンジンＥＣＵ２２は、燃料ポンプ７１を制御してデリバリパイプ６９内の燃圧を所定値に維持し、インジェクタ６８を駆動制御することで、所定の噴射時期に所定量の燃料を燃焼室５４に噴射することができる。

また、エンジンＥＣＵ２２は、エンジン運転状態に応じてＥＧＲ装置７７を駆動制御している。即ち、所定の運転状態で、各ＥＧＲ弁７９を開閉することで、排気ガスをＥＧＲ通路７８を通して吸気系にＥＧＲガスとして循環し、燃焼温度を下げてＮＯｘの発生を抑制する。更に、エンジンＥＣＵ２２は、所定時期に排気浄化装置７６を再生するようにしている。即ち、ＤＥ１１がリーン空燃比で運転されているときに、排気浄化装置７６は排気ガス中のＮＯｘを吸蔵する。そして、この排気浄化装置７６のＮＯｘ吸蔵量が所定値に達したとき、エンジンＥＣＵ２２は燃料添加弁８１を制御し、排気ポート５６に所定量の燃料を還元剤として噴射する。すると、排気管７３を通して排気浄化装置７６に燃料が供給されると、酸化反応により排気ガス中の酸素濃度が低下することで吸蔵されたＮＯｘが放出され、放出されたＮＯｘと燃料が反応して還元し、排気ガスが浄化されることで、再生される。

また、ＤＥ１１がリーン空燃比で運転されているときに、排気浄化装置７６は排気ガス中のＰＭを捕集する。そして、この排気浄化装置７６のＰＭ捕集量が所定値に達したとき、エンジンＥＣＵ２２は燃料添加弁８１を制御し、排気ポート５６に所定量の燃料を噴射する。すると、排気管７６を通して排気浄化装置７６に燃料が供給されると、酸化反応により触媒温度が上昇することで、捕集されているＰＭを燃焼して再生される。

ところで、上述したハイブリッド車両において、ＭＧ１２による走行状態からＤＥ１１による走行状態に切り換わるとき、停止しているＤＥ１１を始動するものであるが、このＤＥ１１は圧縮比が高く設定されているため、始動時に筒内圧が始動抵抗になって振動が発生してしまう。

そこで、本実施例では、ＤＥ１１における各ピストン５２の位置を検出するピストン位置検出手段としてクランクポジションセンサ２１を用いると共に、ＤＥ１１のクランクシャフト２０を回転してピストン５２を所定の位置に停止可能なモータとしてＭＧ１３を用い、エンジンＥＣＵ（制御手段）２２は、ＤＥ１１の停止時に、クランクポジションセンサ２１の検出結果に基づいてＭＧ１３を駆動して全てのピストン５２を中立位置にし、次のＤＥ１１の始動時に、ＳＣＶ装置６３により吸気ポート５５を閉止した状態でＭＧ１３によりクランキングを実行し、ＤＥ１１の回転数が所定回転数以上になると、ＳＣＶ装置６３により吸気ポート５５を開放してから、燃料噴射を開始するようにしている。即ち、ＤＥ１１の始動初期に全てのピストン５２を中立位置に停止することで、圧縮行程にある気筒で大きな圧縮反力が作用しないようにすると共に、吸気行程にある気筒でこの気筒内に空気を入れずにその後の圧縮行程で大きな圧縮反力が作用しないようにし、ＤＥ１１における始動時の振動を抑制している。なお、ここで、ピストン５２の中立位置とは、このピストン５２がシリンダボア５１内を上下に往復移動するとき、上死点位置と下死点位置とのほぼ中央位置である。

ここで、実施例１のハイブリッド車両に適用されたエンジンの制御装置によるエンジン停止制御及びエンジン始動制御について図４及び図５のフローチャートに基づいて説明する。

まず、本実施例のエンジンの制御装置によるエンジン停止制御において、図４に示すように、ステップＳ１１において、ＤＥ１１の停止要求（例えば、アクセル開度の低下やブレーキ操作による減速走行など）があったかどうかを判定し、ＤＥ１１の停止要求がなければ、ステップＳ１８に移行し、ＤＥ１１による走行を継続する。

一方、ステップＳ１１にて、ＤＥ１１の停止要求があると判定されたら、ステップＳ１２に移行し、インジェクタ６８による燃料噴射を停止し、ステップＳ１３にて、ＳＣＶ装置６３のＳＣＶ６４ａ，６４ｂにより各吸気ポート５５ａ，５５ｂを閉止する。そして、ステップＳ１４にて、ＭＧ１３によりピストン停止位置を制御する。即ち、エンジンＥＣＵ２２は、クランクポジションセンサ２１の検出結果に基づいて、ＭＧ１３を駆動して全てのピストン５２を、図２に示すように、中立位置に停止させる。

ステップＳ１５では、エンジン回転数Ｎｅが０ｒｐｍになったかどうかを判定し、エンジン回転数Ｎｅが０ｒｐｍになったら、ステップＳ１６にて、クランクポジションセンサ２１の検出結果に基づいてピストン５２の中立位置を確認する。そして、全てのピストン５２が中立位置で停止していたら、ステップＳ１７にて、ＳＣＶ装置６３のＳＣＶ６４ａ，６４ｂにより各吸気ポート５５ａ，５５ｂを開放する。

従って、ＤＥ１１の停止時に、燃料噴射を停止してＳＣＶ装置６３により吸気ポート５５ａ，５５ｂを閉止した状態で、ＭＧ１３によりピストン５２を中立位置に停止させることで、気筒内に空気を導入せずにピストン５２が中立位置まで移動して停止することとなり、圧縮行程で大きな圧縮反力が作用しないため、ＤＥ１１における停止時の振動が抑制される。

次に、本実施例のエンジンの制御装置によるエンジン始動制御において、図５に示すように、ステップＳ２１において、ＤＥ１１の始動要求（例えば、アクセル開度の拡大やバッテリ充電量の低下など）があったかどうかを判定し、ＤＥ１１の始動要求がなければ、ステップＳ２８に移行し、ＭＧ１２による走行を継続する。

一方、ステップＳ２１にて、ＤＥ１１の始動要求があると判定されたら、ステップＳ２２に移行し、ＳＣＶ装置６３のＳＣＶ６４ａ，６４ｂにより各吸気ポート５５ａ，５５ｂを閉止する。そして、ステップＳ２３にて、ＭＧ１３によりＤＥ１１のクランキングを開始する。

ステップＳ２４では、エンジン回転数Ｎｅが予め設定された所定回転数Ｎｅ１以上になったかどうかを判定し、エンジン回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｅ１以上になったら、ステップＳ２５にて、ＳＣＶ装置６３のＳＣＶ６４ａ，６４ｂにより各吸気ポート５５ａ，５５ｂを開放する。その後、この状態で、ステップＳ２６にて、燃料噴射量を算出し、ステップＳ２７にて、インジェクタ６８により所定の燃料量を噴射する。

従って、ＤＥ１１の始動時に、ピストン５２を中立位置に停止し、ＳＣＶ装置６３により吸気ポート５５ａ，５５ｂを閉止した状態で、ＭＧ１３によりクランキングを開始することで、圧縮行程にある気筒で圧縮ストロークが短いために大きな圧縮反力が作用せず、また、吸気行程にある気筒で気筒内に空気を導入せずにピストン５２が移動するために圧縮行程で大きな圧縮反力が作用せず、ＤＥ１１における始動時の振動が抑制される。

即ち、図６に示すように、ハイブリッド車両のモータ走行では、図６に実線で示すように、ＤＥ１１が停止状態にあって、ＭＧ１２及びＭＧ１３を駆動して所定の駆動力が得られるように制御している。そして、このハイブリッド車両のモータ走行から加速走行に移行すると、図２に点線で示すように、ＤＥ１１を始動して回転数を上昇させると共にＭＧ１３による発電を開始し、また、ＭＧ１３の発電電力及びバッテリ１９に蓄電された電力によりＭＧ１２を駆動して所定の駆動力が得られるように制御している。このＤＥ１１の始動時に、ピストン５２の圧縮反力を低減して始動時のエンジン振動を抑制している。

このように実施例１のエンジンの制御装置にあっては、ＤＥ１１における各ピストン５２の位置を検出するピストン位置検出手段とてクランクポジションセンサ２１を用いると共に、ＤＥ１１のクランクシャフト２０を回転してピストン５２を所定の位置に停止可能なモータとしてＭＧ１３を用い、エンジンＥＣＵ２２は、ＤＥ１１の停止時に、クランクポジションセンサ２１の検出結果に基づいてＭＧ１３を駆動して全てのピストン５２を中立位置にし、次のＤＥ１１の始動時に、ＳＣＶ装置６３により吸気ポート５５を閉止した状態でＭＧ１３によりクランキングを実行し、ＤＥ１１の回転数が所定回転数以上になると、ＳＣＶ装置６３により吸気ポート５５を開放してから、燃料噴射を開始するようにしている。

従って、ＤＥ１１の始動初期に全てのピストン５２が中立位置に停止しているため、圧縮行程にある気筒であっても、その圧縮ストロークが短いため、大きな圧縮反力が作用することはなく、ＤＥ１１は大きな振動を伴うことなく回転が上昇することとなり、ＤＥ１１における始動時の振動を抑制することで、ドライバビリティを向上することができる。

また、ＤＥ１１の停止時に、燃料噴射を停止してＳＣＶ装置６３により吸気ポート５５ａ，５５ｂを閉止した状態で、ＭＧ１３によりピストン５２を中立位置に停止させるようにしている。従って、気筒内に空気を導入せずにピストン５２が中立位置まで移動して停止することとなり、圧縮行程で大きな圧縮反力が作用しないため、ＤＥ１１における停止時の振動を抑制することで、ドライバビリティを向上することができる。

そして、本実施例のエンジンの制御装置を動力分割機構１４によりＤＥ１１の出力を駆動輪及び発電機としてのＭＧ１３に動力伝達すると共に、電気モータとしてのＭＧ１２の出力を駆動輪に動力伝達可能とするハイブリッド車両に適用したことで、ピストン５２に大きな圧縮反力が作用することはなく、ＤＥ１１は大きな振動を伴うことなく回転が上昇することとなり、ＭＧ１３による走行状態からＤＥ１１による走行状態に切り換わっても、エンジン始動時の振動を抑制することで、ドライバに違和感を与えることなくドライバビリティを向上することができる。

図８は、本発明の実施例２に係るエンジンの制御装置の概略構成図、図９は、エンジンの動弁機構を表す概略図、図１０は、吸気カムによる吸気弁の開閉タイミングを表す概略図、図１１は、実施例２のエンジンの制御装置によるエンジン停止制御を表すフローチャート、図１２は、実施例２のエンジンの制御装置によるエンジン始動制御を表すフローチャート、図１３は、実施例２のエンジンの制御装置によるエンジン停止制御を表すタイムチャート、図１４は、実施例２のエンジンの制御装置によるエンジン始動制御を表すタイムチャートである。

本実施例のエンジンの制御装置が適用されたハイブリッド車両において、図８に示すように、ＤＥ１１における各ピストン５２の位置を検出するピストン位置検出手段とてクランクポジションセンサ２１を用いると共に、ＤＥ１１のクランクシャフト２０を回転してピストン５２を所定の位置に停止可能なモータとしてＭＧ１３を用い、エンジンＥＣＵ（制御手段）２２は、ＤＥ１１の停止時に、クランクポジションセンサ２１の検出結果に基づいてＭＧ１３を駆動して全てのピストン５２を中立位置にし、このＤＥ１１の停止時、または、次のＤＥ１１の始動時に、デコンプ手段として可変動弁機構を用いて吸気弁の閉止タイミングを遅角した状態でＭＧ１３によりクランキングを実行し、ＤＥ１１の回転数が所定回転数以上になると、吸気弁の閉止タイミングを戻してから、燃料噴射を開始するようにしている。即ち、ＤＥ１１の始動初期に全てのピストン５２を中立位置に停止することで、圧縮行程にある気筒で大きな圧縮反力が作用しないようにすると共に、吸気行程にある気筒の開放時間を長くしてその後の圧縮行程で大きな圧縮反力が作用しないようにし、ＤＥ１１における始動時の振動を抑制している。

即ち、このＤＥ１１の動弁機構は、運転状態に応じてカムを切換えることで、吸気弁５７を最適な開閉タイミングに制御する吸気可変動弁機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing-intelligent）９１となっている。この吸気可変動弁機構９１は、例えば、吸気カムシャフト９２に、エンジン始動初期に用いる第１カム９３と、エンジン運転時に用いる第２カム９４とが設けられ、この吸気カムシャフト９２の軸端部に設けられたＶＶＴコントローラ９５により使用する各カム９３，９４を切換えることで、吸気弁２１の閉止時期を進角または遅角することができるものである。この場合、図１０に示すように、各カム９３，９４による吸気弁５７の開弁時期は同じであるが、第１カム９３による吸気弁５７の閉弁時期が、第２カム９４による吸気弁５７の閉弁時期よりも遅角されるようにカム形状が設定されている。また、吸気カムシャフト９２には、その回転位相を検出するカムポジションセンサ９６が設けられている。

ここで、実施例２のハイブリッド車両に適用されたエンジンの制御装置によるエンジン停止制御及びエンジン始動制御について図１１及び図１２のフローチャート、図１３及び図１４のタイムチャートに基づいて説明する。

まず、本実施例のエンジンの制御装置によるエンジン停止制御において、図１１及び図１３に示すように、ステップＳ３１において、ＤＥ１１の停止要求があったかどうかを判定し、ＤＥ１１の停止要求がなければ、ステップＳ３７に移行し、ＤＥ１１による走行を継続する。

一方、ステップＳ３１にて、ＤＥ１１の停止要求があると判定されたら、ステップＳ３２に移行し、時間ｔ１にて、吸気可変動弁機構９１により第２カム９４から第１カム９３に切換え、ステップＳ３３にて、時間ｔ２にて、インジェクタ６８による燃料噴射を停止する。そして、ステップＳ３４にて、ＭＧ１３によりピストン停止位置を制御する。即ち、エンジンＥＣＵ２２は、クランクポジションセンサ２１の検出結果に基づいて、ＭＧ１３を駆動して全てのピストン５２を中立位置に停止させる。

ステップＳ３５では、エンジン回転数Ｎｅが０ｒｐｍになったかどうかを判定し、時間ｔ３にて、エンジン回転数Ｎｅが０ｒｐｍになったら、ステップＳ３６にて、クランクポジションセンサ２１の検出結果に基づいてピストン５２の中立位置を確認して終了する。

従って、ＤＥ１１の停止時に、燃料噴射を停止して吸気可変動弁機構９１により第１カム９３に切換えて吸気弁５７の閉止時期を遅角した状態で、ＭＧ１３によりピストン５２を中立位置に停止させることで、気筒内に空気が導入されても圧縮行程前期まで吸気ポート５５が開放している状態でピストン５２が中立位置まで移動して停止することとなり、圧縮行程で大きな圧縮反力が作用しないため、ＤＥ１１における停止時の振動が抑制される。

次に、本実施例のエンジンの制御装置によるエンジン始動制御において、図１２及び図１４に示すように、ステップＳ４１において、ＤＥ１１の始動要求があったかどうかを判定し、ＤＥ１１の始動要求がなければ、ステップＳ４７に移行し、ＭＧ１２による走行を継続する。

一方、ステップＳ４１にて、ＤＥ１１の始動要求があると判定されたら、ステップＳ４２に移行し、ＭＧ１３によりＤＥ１１のクランキングを開始する。この場合、前回のエンジン停止時に、吸気可変動弁機構９１により第１カム９３に切換えた状態としており、第１カム９３を用いて吸気弁５７を開閉しながら、ＭＧ１３によりクランキングを実行する。

ステップＳ４３では、エンジン回転数Ｎｅが予め設定された所定回転数Ｎｅ１以上になったかどうかを判定し、エンジン回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｅ１以上になったら、ステップＳ４４にて、吸気可変動弁機構９１により第１カム９３から第２カム９４に切換える。その後、この状態で、ステップＳ４５にて、燃料噴射量を算出し、ステップＳ４６にて、インジェクタ６８により所定の燃料量を噴射する。

従って、ＤＥ１１の始動時に、ピストン５２を中立位置に停止し、吸気可変動弁機構９１により吸気弁５７の閉止時期が遅角された第１カム９３に切換えた状態で、ＭＧ１３によりクランキングを開始することで、圧縮行程にある気筒で圧縮ストロークが短いために大きな圧縮反力が作用せず、また、吸気行程にある気筒で気筒内に空気が導入されても、圧縮行程前期まで吸気ポート５５が開放している状態でピストン５２が移動するため、圧縮行程で大きな圧縮反力が作用せず、ＤＥ１１における始動時の振動が抑制される。

このように実施例２のエンジンの制御装置にあっては、ＤＥ１１における各ピストン５２の位置を検出するピストン位置検出手段としてクランクポジションセンサ２１を用いると共に、ＤＥ１１のクランクシャフト２０を回転してピストン５２を所定の位置に停止可能なモータとしてＭＧ１３を用い、エンジンＥＣＵ２２は、ＤＥ１１の停止時に、クランクポジションセンサ２１の検出結果に基づいてＭＧ１３を駆動して全てのピストン５２を中立位置にすると共に、吸気可変動弁機構９１により吸気弁５７の閉止時期が遅角された第１カム９３に切換え、次のＤＥ１１の始動時に、この第１カム９３により吸気弁５７を開閉しながらＭＧ１３によりクランキングを実行し、ＤＥ１１の回転数が所定回転数以上になると、吸気可変動弁機構９１により吸気弁５７の閉止時期が通常運転に設定された第２カム９３に切換えてから、燃料噴射を開始するようにしている。

また、ＤＥ１１の停止時に、燃料噴射を停止して吸気可変動弁機構９１により吸気弁５７の閉止時期が遅角された第１カム９３に切換えた状態で、ＭＧ１３によりピストン５２を中立位置に停止させるようにしている。従って、気筒内に空気が導入されても、圧縮行程前期まで吸気ポート５５が開放している状態でピストン５２が移動して停止することとなり、圧縮行程で大きな圧縮反力が作用しないため、ＤＥ１１における停止時の振動を抑制することで、ドライバビリティを向上することができる。

なお、上述の各実施例では、本発明のエンジンの制御装置を、ディーゼルエンジン１１と発電機（ＭＧ１３）と電気モータ（ＭＧ１２）からなるハイブリッド車両に適用したが、ディーゼルエンジン１１に代えて筒内噴射式エンジンまたはポート噴射式エンジンとしても良い。また、エンジン始動時のクランキングをＭＧ１３を用いて行ったが、別途スタータモータを搭載してこれを利用しても良い。

更に、実施例１にて、吸気制御弁としてスワールコントロールバルブ装置６３を適用したが、これに限らず、別途吸気ポート５５の近傍にこの吸気ポート５５を閉塞可能な開閉弁を設ければよい。また、実施例２にて、デコンプ手段として吸気可変動弁機構９１を適用したが、排気可変動弁機構であってもよく、また、エンジン始動初期に吸気弁５７を開放状態で維持できるものであれば良い。

また、本発明のエンジンの制御装置をハイブリッド車両に適用したが、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンを搭載した車両に適用することもでき、この場合、エンジンのクランクシャフトを回転してピストンを所定の位置に停止可能なモータを別途設け、エンジンの停止時にクランクポジションセンサの検出結果に基づいてこのモータを駆動してピストンを中立位置に停止するようにすれば良い。

以上のように、本発明に係るエンジンの制御装置は、エンジンの停止時にピストンを中立位置に停止させることで、エンジン始動時における圧縮抵抗を低減するものであり、どのような形式のエンジンにも適用することができ、特に、エンジンと電気モータとを動力源として走行可能なハイブリッド車両に適用して有用である。

本発明の実施例１に係るエンジンの制御装置の概略構成図である。エンジンのピストン位置を表す概略図である。スワールコントロールバルブの概略構成図である。実施例１のエンジンの制御装置によるエンジン停止制御を表すフローチャートである。実施例１のエンジンの制御装置によるエンジン始動制御を表すフローチャートである。実施例１のハイブリッド車両における発電機とエンジンと電気モータの駆動力を表す共線図である。実施例１のハイブリッド車両の概略構成図である。本発明の実施例２に係るエンジンの制御装置の概略構成図である。エンジンの動弁機構を表す概略図である。吸気カムによる吸気弁の開閉タイミングを表す概略図である。実施例２のエンジンの制御装置によるエンジン停止制御を表すフローチャートである。実施例２のエンジンの制御装置によるエンジン始動制御を表すフローチャートである。実施例２のエンジンの制御装置によるエンジン停止制御を表すタイムチャートである。実施例２のエンジンの制御装置によるエンジン始動制御を表すタイムチャートである。

符号の説明

１１ディーゼルエンジン、ＤＥ（エンジン）
１２モータジェネレータ、ＭＧ（電気モータ）
１３モータジェネレータ、ＭＧ（発電機）
１４動力分配機構（プラネタリギヤユニット）
１９バッテリ
２２エンジンＥＣＵ
２７モータＥＣＵ
２８メインＥＣＵ
２９バッテリＥＣＵ
５２ピストン
５５，５５ａ，５５ｂ吸気ポート
５６排気ポート
５７吸気弁
５８排気弁
６０吸気管
６３スワールコントロールバルブ装置
６４ａ，６４ｂＳＣＶ
６８インジェクタ
９１吸気可変動弁機構（デコンプ手段）
９２吸気カムシャフト
９３第１カム
９４第２カム

Claims

エンジンにおけるピストン位置を検出するピストン位置検出手段と、前記エンジンのクランクシャフトを回転して前記ピストンを所定の位置に停止可能なモータと、前記エンジンの停止時に前記ピストン位置検出手段の検出結果に基づいて前記モータを駆動して前記ピストンを中立位置に停止する制御手段とを具えたことを特徴とするエンジンの制御装置。
請求項１に記載のエンジンの制御装置において、前記エンジンの吸気ポートに吸気制御弁を設け、前記制御手段は、前記エンジンの始動時に前記吸気制御弁により前記吸気ポートを閉止し、前記エンジンの始動後に回転数が所定回転数以上になると前記吸気制御弁により前記吸気ポートを開放すると共に、燃料噴射を開始することを特徴とするエンジンの制御装置。
請求項１に記載のエンジンの制御装置において、筒内圧を低減するデコンプ手段を設け、前記制御手段は、前記エンジンの始動時に前記デコンプ手段を作動して前記筒内圧を低減し、前記エンジンの始動後に回転数が所定回転数以上になると前記デコンプ手段の作動を停止すると共に、燃料噴射を開始することを特徴とするエンジンの制御装置。
エンジンと、該エンジンの出力の少なくとも一部を用いて発電可能な発電機と、該発電機からの電力供給を受けて回転可能な電気モータと、前記エンジンの出力を駆動輪及び前記発電機に動力伝達すると共に前記電気モータの出力を前記駆動輪に動力伝達する動力分割機構と、前記エンジンにおけるピストン位置を検出するピストン位置検出手段と、前記エンジンの停止時に前記ピストン位置検出手段の検出結果に基づいて前記電気モータを駆動して前記ピストンを中立位置に停止する制御手段とを具えたことを特徴とするハイブリッド車両。