JP2010163070A

JP2010163070A - ハイブリッド自動車

Info

Publication number: JP2010163070A
Application number: JP2009007356A
Authority: JP
Inventors: Hikokazu Akimoto; 彦和秋本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-01-16
Filing date: 2009-01-16
Publication date: 2010-07-29

Abstract

【課題】エンジンの自動始動時にロック機構により最も遅いタイミングにロックされた吸気バルブのタイミングをより的確に目標タイミングにする。
【解決手段】エンジンを自動始動するときには、エンジンのクランキングの開始と同時に指令開閉タイミングＶＶＴ＊として最遅角のタイミングより若干早く（進角）した所定タイミングＶＶＴ１を設定し（Ｓ１００）、開閉タイミングＶＶＴが指令開閉タイミングＶＶＴ＊の近傍に至ったのを確認してから本来の目標タイミングを指令開閉タイミングＶＶＴ＊に設定する（Ｓ１００〜１３０）。これにより、より的確に可変バルブタイミング機構のロックピン本体によるロックを解除し、その後に吸気バルブの開閉タイミングを本来の目標タイミングとすることができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、ハイブリッド自動車に関する。

従来、この種のハイブリッド自動車としては、エンジンの始動時の１サイクル目は排気バルブの閉タイミングを通常時のタイミングより遅いタイミングに制御し、始動時の２サイクル目以降は排気バルブの閉タイミングを上死点（ＴＤＣ）よりも早いタイミングに制御するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この自動車は、こうした制御により、エンジンの冷間始動時における未燃燃料の排出量を低減している。

特開２００７−４０１５０

上述のハイブリッド自動車のように、エンジンの始動時に排気バルブの閉タイミングを調整するものの他に、筒内圧縮圧力を低下させてエンジンのクランキングによる回転数上昇を迅速に行なうために吸気バルブの開タイミングを最も遅いタイミングとすることも行なわれている。こうした可変バルブタイミング機構を有するエンジンでは、吸気バルブの開閉タイミングを最も遅いタイミングでロックするためのロック機構を設け、エンジンを自動停止するときに次の始動のために吸気バルブの開閉タイミングを最も遅いタイミングとしてロックし、エンジンの停止や始動時に吸気バルブの開閉タイミングが最も遅いタイミングからずれないようにしているものも提案されている。このロック機構を有する可変バルブタイミング機構を備えるエンジンを始動するときには、可変バルブタイミング機構を作動させるための油圧が不足するときにはエンジンのクランキング開始時にロック機構によるロックを解除することができず、目標とするタイミングでエンジンを始動することができないために異常と判定する場合などの不都合が生じる場合が生じる。

本発明のハイブリッド自動車は、エンジンの自動始動時にロック機構により最も遅いタイミングにロックされた吸気バルブのタイミングをより的確に目標タイミングにすることを主目的とする。

本発明のハイブリッド自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のハイブリッド自動車は、
吸気バルブのタイミングとして最も遅いタイミングでロックするロック機構を有し油圧駆動により吸気バルブの開閉タイミングを変更する可変バルブタイミング機構が取り付けられたエンジンと、動力を入出力する発電機と、前記エンジンの出力軸と前記発電機の回転軸と車軸に連結された駆動軸との３軸に３つの回転要素が接続された遊星歯車機構と、前記駆動軸に動力を入出力する電動機と、前記発電機および前記電動機と電力のやりとりが可能なバッテリと、前記可変バルブタイミング機構に供給する油圧を前記エンジンの出力軸の回転駆動により発生させる機械式油圧ポンプと、前記エンジンを運転しているときに所定の自動停止条件が成立したときに前記可変バルブタイミング機構により前記吸気バルブの開閉タイミングを最も遅いタイミングとして前記エンジンの運転を停止する自動停止と前記エンジンを自動停止しているときに所定の自動始動条件が成立したときに前記発電機による前記エンジンのクランキングを伴って該エンジンを始動する自動始動とからなる間欠運転制御を伴って走行に要求される要求トルクを前記駆動軸に出力して走行するよう前記可変バルブタイミング機構と前記エンジンと前記発電機と前記電動機とを制御する制御手段と、を備えるハイブリッド自動車において、
前記制御手段は、前記所定の自動始動条件の成立に伴って前記エンジンを自動始動するときには、前記エンジンのクランキングの開始と同時に前記吸気バルブの開閉タイミングが目標タイミングより遅い所定タイミングに向けて変更されるよう前記可変バルブタイミング機構を制御し、前記吸気バルブの開閉タイミングが前記所定タイミングに変更されたのを確認したときに前記吸気バルブの開閉タイミングが前記目標タイミングに向けて変更されるよう前記可変バルブタイミング機構を制御する手段である、
ことを特徴とする。

この本発明のハイブリッド自動車では、所定の自動始動条件の成立に伴ってエンジンを自動始動するときには、エンジンのクランキングの開始と同時に吸気バルブの開閉タイミングが目標タイミングより遅い所定タイミングに向けて変更されるよう可変バルブタイミング機構を制御し、吸気バルブの開閉タイミングが所定タイミングに変更されたのを確認したときに吸気バルブの開閉タイミングが目標タイミングに向けて変更されるよう可変バルブタイミング機構を制御する。即ち、吸気バルブの開閉タイミングを２段階に分けて目標タイミングに向けて変更するのである。これにより、吸気バルブの開閉タイミングが迅速に目標タイミングにならないことによる異常を回避することができ、エンジンの自動始動時にロック機構により最も遅いタイミングにロックされた吸気バルブのタイミングをより的確に目標タイミングにすることができる。

本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。可変バルブタイミング機構１５０の外観構成を示す外観構成図である。可変バルブタイミング機構１５０の構成の概略を示す構成図である。ロックピン１５４の構成の概略を示す構成図である。エンジン３２を自動始動するときにハイブリッド用電子制御ユニット５０により実行される自動始動時開閉タイミング制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、ガソリンや軽油などを燃料とするエンジン３２と、エンジン３２を駆動制御するエンジン用電子制御ユニット３６と、エンジン３２のクランクシャフト３４にキャリアが接続されると共に駆動輪２６ａ，２６ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して連結された駆動軸２２にリングギヤが接続されたプラネタリギヤ３８と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子がプラネタリギヤ３８のサンギヤに接続されたモータ４１と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子が駆動軸２２に接続されたモータ４２と、モータ４１，４２を駆動するためのインバータ４３，４４と、インバータ４３，４４の図示しないスイッチング素子をスイッチング制御することによってモータ４１，４２を駆動制御するモータ用電子制御ユニット４６と、インバータ４３，４４を介してモータ４１，４２と電力をやりとりするバッテリ４８と、シフトレバーのポジションを検出するシフトポジションセンサ５２からのシフトポジションやアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ５４からのアクセル開度，ブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ５６からのブレーキポジション，車速センサ５８からの車速を入力すると共にエンジン用電子制御ユニット３６やモータ用電子制御ユニット４６と通信して車両全体を制御するハイブリッド用電子制御ユニット５０と、を備える。

エンジン３２は、吸気バルブの開閉タイミングを連続的に変更可能な可変バルブタイミング機構１５０を備える。図２および図３に、可変バルブタイミング機構１５０の構成の概略を示す構成図を示す。可変バルブタイミング機構１５０は、図示するように、クランクシャフト３４にタイミングチェーン１６２を介して接続されたタイミングギヤ１６４に固定されたハウジング部１５２ａと吸気バルブ１２８を開閉するインテークカムシャフト１２９に固定されたベーン部１５２ｂとからなるベーン式のＶＶＴコントローラ１５２と、ベーン部１５２ｂの位置を検出するベーンポジションセンサ１５３と、ＶＶＴコントローラ１５２の進角室および遅角室に油圧を作用させるオイルコントロールバルブ１５６とを備え、オイルコントロールバルブ１５６を介してＶＶＴコントローラ１５２の進角室および遅角室に作用させる油圧を調節することによりハウジング部１５２ａに対してベーン部１５２ｂを相対的に回転させて吸気バルブ１２８の開閉タイミングにおけるインテークカムシャフト１２９の角度を連続的に変更する。実施例では、エンジン３２から効率よく動力が出力される吸気バルブ１２８の開閉タイミングにおけるインテークカムシャフト１２９の角度を基準角とし、インテークカムシャフト１２９の角度をその基準角よりも進角させることによりエンジン３２から高トルクが出力可能な運転状態とすることができ、インテークカムシャフト１２９の角度を最遅角させることによりエンジン２２の気筒内の圧力変動を小さくしてエンジン３２の運転の停止や始動に適した運転状態とすることができるよう構成されている。

また、ＶＶＴコントローラ１５２のベーン部１５２ｂには、ハウジング部１５２ａとベーン部１５２ｂとの相対回転を固定するロックピン１５４が取り付けられている。図４にロックピン１５４の構成の概略を示す構成図を示す。ロックピン１５４は、図示するようにロックピン本体１５４ａと、ロックピン本体１５４ａがハウジング部１５２ａの方向に付勢されるよう取り付けられたスプリング１５４ｂとを備え、インテークカムシャフト１２９の角度が最遅角に位置されたときにスプリング１５４ｂのスプリング力によりハウジング部１５２ａに形成された溝１５８に嵌合しベーン部１５２ｂをハウジング部１５２ａに固定する。また、ロックピン１５４は、油路１５９を介してスプリング１５４ｂのスプリング力に打ち勝つ油圧を作用させることにより溝１５８に嵌合されたロックピン本体１５４ａを引き抜くことができるよう図示しない油圧式のアクチュエータが設けられている。なお、実施例では、この油圧式のアクチュエータを作動させるための油圧は、図１に示すように、エンジン３２のクランクシャフト３４に取り付けられたギヤポンプ３３により供給される。

実施例のハイブリッド自動車２０は、基本的には、ハイブリッド用電子制御ユニット５０によって実行される以下に説明する駆動制御によって走行する。ハイブリッド用電子制御ユニット５０では、まず、アクセルペダルポジションセンサ５４からのアクセル開度と車速センサ５８からの車速とに応じて走行のために駆動軸２２に要求される要求トルクを設定し、要求トルクに駆動軸２２の回転数（例えば、モータ４２の回転数や車速に換算係数を乗じて得られる回転数）を乗じて走行に要求される走行用パワーを計算すると共に計算した走行用パワーからバッテリ４８の充電容量の割合（ＳＯＣ）に応じて得られるバッテリ４８を充放電するための補正パワー（バッテリ４８から放電するときが正の値）を減じてエンジン３２から出力すべきパワーとしてのエンジン指令パワーを設定する。そして、エンジン指令パワーをエンジン３２を始動するための始動用閾値やエンジン３２の運転を停止するための停止用閾値と比較し、エンジン３２の運転を停止しているときにエンジン指令パワーが始動用閾値を超えたときにはモータ４１からエンジン３２をクランキングするためのトルクを出力すると共にモータ４２から要求トルクに見合うトルクとモータ４１によるエンジン３２のクランキングに伴ってプラネタリギヤ３８を介して駆動軸２２に出力されるトルクを打ち消すトルクとの和のトルクを出力して走行しながらエンジン３２を始動する自動始動を実行し、エンジン３２を運転しているときにエンジン指令パワーが停止用閾値を下回ったときには駆動軸２２に出力されるトルクをモータ４１から出力して走行しながら必要に応じて一時的なエンジン３２のアイドル運転により可変バルブタイミング機構１５０による吸気バルブ１２８の開閉タイミングが最も遅い最遅角のタイミングになった以降にエンジン３２の運転を停止する自動停止を実行する。エンジン３２の運転を継続しているときやエンジン３２を始動した後は、エンジン指令パワーを効率よくエンジン３２から出力することができるエンジン３２の回転数とトルクとの関係としての動作ライン（例えば燃費最適動作ライン）を用いてエンジン３２の目標回転数と目標トルクとを設定し、バッテリ４８を充放電することができる最大電力としての入出力制限の範囲内で、エンジン３２の回転数が目標回転数となるようにするための回転数フィードバック制御によりモータ４１から出力すべきトルクとしてのトルク指令を設定すると共に、要求トルクからモータ４１をトルク指令で駆動したときにプラネタリギヤ３８を介して駆動軸２２に作用するトルクを減じて得られるトルクをモータ４２のトルク指令として設定する。そして、設定したエンジン３２の目標回転数と目標トルクとについてはエンジン用電子制御ユニット３６に送信し、モータ４１，４２のトルク指令についてはモータ用電子制御ユニット４６に送信する。目標回転数と目標トルクとを受信したエンジン用電子制御ユニット３６は、目標回転数と目標トルクとによってエンジン３２が運転されるようエンジン３２の吸入空気量制御や燃料噴射制御，点火制御などを実行し、モータ４１，４２のトルク指令を受信したモータ用電子制御ユニット４６は、モータ４１，４２がトルク指令で駆動されるようインバータ４３，４４のスイッチング素子をスイッチング制御する。一方、エンジン３２の運転停止を継続しているときやエンジン３２の運転を停止した後は、モータ４１のトルク指令に値０を設定すると共にバッテリ４８の入出力制限の範囲内で要求トルクをモータ４２のトルク指令に設定し、設定したモータ４１，４２のトルク指令をモータ用電子制御ユニット４６に送信する。モータ４１，４２のトルク指令を受信したモータ用電子制御ユニット４６は、モータ４１，４２がトルク指令で駆動されるようインバータ４３，４４のスイッチング素子をスイッチング制御する。実施例のハイブリッド自動車２０は、こうした制御により、エンジン３２の間欠運転を伴ってバッテリ４８の入出力制限の範囲内でバッテリを充放電しながらアクセル開度に応じた要求トルクを駆動軸２２に出力して走行することができる。

次に、エンジン３２を自動始動する際の可変バルブタイミング機構１５０の動作について説明する。図５は、エンジン３２を自動始動するときにハイブリッド用電子制御ユニット５０により実行される自動始動時開閉タイミング制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット５０は、まず、吸気バルブ１２８の開閉タイミングとして最も遅い最遅角のタイミングより若干早く（進角）した所定タイミングＶＶＴ１を指令開閉タイミングＶＶＴ＊として設定し（ステップＳ１００）、吸気バルブ１２８の開閉タイミングＶＶＴが設定した指令開閉タイミングＶＶＴ＊の近傍、例えば、指令開閉タイミングＶＶＴ＊からプラスマイナスαの範囲に至るのを待って（ステップＳ１１０，Ｓ１２０）、吸気バルブ１２８の開閉タイミングとしてエンジン３２の目標運転ポイント（目標回転数と目標トルク）に応じた目標タイミングを指令開閉タイミングＶＶＴ＊に設定して（ステップＳ１３０）、本ルーチンを終了する。ハイブリッド用電子制御ユニット５０は指令開閉タイミングＶＶＴ＊を設定すると、設定した指令開閉タイミングＶＶＴ＊をエンジンＥＣＵ３６に送信するから、この指令開閉タイミングＶＶＴ＊を受信したエンジンＥＣＵ３６により可変バルブタイミング機構１５０が制御されて吸気バルブ１２８の開閉タイミングが指令開閉タイミングＶＶＴ＊とされる。このとき、可変バルブタイミング機構１５０は図示しない油圧式のアクチュエータの作動により機能するから、エンジン３２の始動時に、アクチュエータを作動させるための油圧が十分なときには、油路１５９に油圧が作用してロックピン本体１５４ａをスプリング１５４ｂの付勢力に抗して押し下げ、ロックを解除して吸気バルブ１２８の開閉タイミングＶＶＴを変更するが、アクチュエータを作動させるための油圧が十分ではないときには、ギヤポンプ３３により油圧が確保されるまでロックは解除されない。実施例では、エンジン３２の始動の開始と同時、即ち、エンジン３２のモータ４１によるクランキングの開始と同時に指令開閉タイミングＶＶＴ＊として最遅角のタイミングより若干早く（進角）した所定タイミングＶＶＴ１を設定し、開閉タイミングＶＶＴが指令開閉タイミングＶＶＴ＊の近傍に至ったのを確認してから本来の目標タイミングを指令開閉タイミングＶＶＴ＊に設定することにより、的確に可変バルブタイミング機構１５０のロックピン本体１５４ａによるロックを解除し、その後に吸気バルブ１２８の開閉タイミングを本来の目標タイミングとするのである。これにより、エンジン３２の始動の開始と同時に目標タイミングを指令開閉タイミングＶＶＴ＊に設定し、吸気バルブ１２８の開閉タイミングが目標タイミングにならないことに基づく異常の検出などの不都合を回避することができる。即ち、エンジン３２の自動始動時に可変バルブタイミング機構１５０のロック機構により最も遅いタイミングにロックされた吸気バルブ１５０の開閉タイミングをより的確に目標タイミングにすることができる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、エンジン３２を自動始動するときには、エンジン３２のモータ４１によるクランキングの開始と同時に指令開閉タイミングＶＶＴ＊として最遅角のタイミングより若干早く（進角）した所定タイミングＶＶＴ１を設定し、開閉タイミングＶＶＴが指令開閉タイミングＶＶＴ＊の近傍に至ったのを確認してから本来の目標タイミングを指令開閉タイミングＶＶＴ＊に設定することにより、的確に可変バルブタイミング機構１５０のロックピン本体１５４ａによるロックを解除し、その後に吸気バルブ１２８の開閉タイミングを本来の目標タイミングとすることができる。即ち、エンジン３２の始動の開始と同時に目標タイミングを指令開閉タイミングＶＶＴ＊に設定し、吸気バルブ１２８の開閉タイミングが目標タイミングにならないことに基づく異常の検出などの不都合を回避することができる。この結果、エンジン３２の自動始動時に可変バルブタイミング機構１５０のロック機構により最も遅いタイミングにロックされた吸気バルブ１５０の開閉タイミングをより的確に目標タイミングにすることができる。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、可変バルブタイミング機構１５０が取り付けられたエンジン３２が「エンジン」に相当し、モータ４１が「発電機」に相当し、プラネタリギヤ３８が「遊星歯車機構」に相当し、モータ４２が「電動機」に相当し、バッテリ４８が「バッテリ」に相当し、ギヤポンプ３３が「機械式油圧ポンプ」に相当し、エンジン３２の運転を停止しているときにエンジン指令パワーが始動用閾値を超えたときにはモータ４１からエンジン３２をクランキングするためのトルクを出力すると共にモータ４２から要求トルクに見合うトルクとモータ４１によるエンジン３２のクランキングに伴ってプラネタリギヤ３８を介して駆動軸２２に出力されるトルクを打ち消すトルクとの和のトルクを出力して走行しながらエンジン３２を始動する自動始動と、エンジン３２を運転しているときにエンジン指令パワーが停止用閾値を下回ったときには要求トルクに見合うトルクをモータ４２から出力しながら必要に応じて一時的なエンジン３２のアイドル運転により可変バルブタイミング機構１５０による吸気バルブ１２８の開閉タイミングが最も遅い最遅角のタイミングになった以降にエンジン３２の運転を停止する自動停止とを行ない、エンジン３２を自動始動するときには、エンジン３２のクランキングの開始と同時に最遅角のタイミングより若干早く（進角）した所定タイミングＶＶＴ１を指令開閉タイミングＶＶＴ＊に設定し、開閉タイミングＶＶＴが指令開閉タイミングＶＶＴ＊の近傍に至ったのを確認してから本来の目標タイミングを指令開閉タイミングＶＶＴ＊に設定する図５の自動始動時開閉タイミング制御ルーチンを実行するハイブリッド用電子制御ユニット５０と、目標回転数や目標トルクに基づいてエンジン３２を駆動制御すると共に指令開閉タイミングＶＶＴ＊の設定に伴って可変バルブタイミング機構１５０を駆動制御するエンジンＥＣＵ３６と、トルク指令に基づいてモータ４１，４２を駆動制御するモータＥＣＵ４６とが「制御手段」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、ハイブリッド自動車の製造産業などに利用可能である。

２０ハイブリッド自動車、２２駆動軸、２４デファレンシャルギヤ、２６ａ，２６ｂ駆動輪、３２エンジン、３３ギヤポンプ、３４クランクシャフト、３６エンジン用電子制御ユニット、３８プラネタリギヤ、４１，４２モータ、４３，４４インバータ、４６モータ用電子制御ユニット、４８バッテリ、５０ハイブリッド用電子制御ユニット、５２シフトポジションセンサ、５４アクセルペダルポジションセンサ、５６ブレーキペダルポジションセンサ、５８車速センサ、１２８吸気バルブ、１２９インテークカムシャフト、１５０可変バルブタイミング機構、１５２ＶＶＴコントローラ、１５２ａハウジング部、１５２ｂベーン部、１５３ベーンポジションセンサ、１５４ロックピン、１５４ａロックピン本体、１５４ｂスプリング、１５６オイルコントロールバルブ、１５８溝、１５９油路、１６２タイミングチェーン、１６４タイミングギヤ。

Claims

吸気バルブのタイミングとして最も遅いタイミングでロックするロック機構を有し油圧駆動により吸気バルブの開閉タイミングを変更する可変バルブタイミング機構が取り付けられたエンジンと、動力を入出力する発電機と、前記エンジンの出力軸と前記発電機の回転軸と車軸に連結された駆動軸との３軸に３つの回転要素が接続された遊星歯車機構と、前記駆動軸に動力を入出力する電動機と、前記発電機および前記電動機と電力のやりとりが可能なバッテリと、前記可変バルブタイミング機構に供給する油圧を前記エンジンの出力軸の回転駆動により発生させる機械式油圧ポンプと、前記エンジンを運転しているときに所定の自動停止条件が成立したときに前記可変バルブタイミング機構により前記吸気バルブの開閉タイミングを最も遅いタイミングとして前記エンジンの運転を停止する自動停止と前記エンジンを自動停止しているときに所定の自動始動条件が成立したときに前記発電機による前記エンジンのクランキングを伴って該エンジンを始動する自動始動とからなる間欠運転制御を伴って走行に要求される要求トルクを前記駆動軸に出力して走行するよう前記可変バルブタイミング機構と前記エンジンと前記発電機と前記電動機とを制御する制御手段と、を備えるハイブリッド自動車において、
前記制御手段は、前記所定の自動始動条件の成立に伴って前記エンジンを自動始動するときには、前記エンジンのクランキングの開始と同時に前記吸気バルブの開閉タイミングが目標タイミングより遅い所定タイミングに向けて変更されるよう前記可変バルブタイミング機構を制御し、前記吸気バルブの開閉タイミングが前記所定タイミングに変更されたのを確認したときに前記吸気バルブの開閉タイミングが前記目標タイミングに向けて変更されるよう前記可変バルブタイミング機構を制御する手段である、
ことを特徴とするハイブリッド自動車。