JP2010163994A - ハイブリッド自動車 - Google Patents

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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32を自動始動するときには、エンジン32の目標回転数Ne*に所定回転数Nsetを加えた値としてクランキング回転数Nstartを設定してエンジン32のモータ41によるクランキングを開始し(S100)、エンジン32の回転数Neがクランキング回転数Nstartから所定マージンαの範囲内に至るのを待って吸気バルブ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*に設定する(S110〜S130)。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、エンジンを始動するときには、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のロック手段によるロックの解除を行なうために油圧ポンプの回転数を高め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、油圧ポンプの回転数を高めることによりロック手段によるロックの解除に必要な油圧を確保している。
特開2003−13762号公報
しかしながら、上述のハイブリッド自動車では、油圧ポンプがエンジンのクランクシャフトの回転により駆動するものの場合には、エンジンの回転数と関わりなく油圧ポンプの回転数だけを高くすることはできない。
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、前記吸気バルブの開閉タイミングが前記最も遅いタイミングで保持された状態で少なくとも前記エンジンの回転数が目標回転数より所定回転数だけ高い始動時回転数に至るまで前記エンジンがクランキングされるよう前記発電機を制御し、前記エンジンの回転数が前記始動時回転数に至ったときに前記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、吸気バルブの開閉タイミングが最も遅いタイミングで保持された状態で少なくともエンジンの回転数が目標回転数より所定回転数だけ高い始動時回転数に至るまでエンジンがクランキングされるよう発電機を制御し、エンジンの回転数が始動時回転数に至っ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。エンジンの回転数が目標回転数より所定回転数だけ高い始動時回転数に至るまでエンジンをクランキングするから、機械式油圧ポンプによる油圧を高くすることができ、これにより、ロック機構によるロックを解除して、吸気バルブの開閉タイミングを目標タイミングにすることができる。即ち、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のである。
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回転数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回転数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、エンジン32が運転されているとしたときのエンジン32の目標回転数Ne*に所定回転数Nsetを加えた値としてエンジン32のクランキング時の目標回転数であるクランキング回転数Nstartを設定し(ステップS100)、エンジン32の回転数Neを入力して入力した回転数Neがクランキング回転数Nstartから所定マージンαの範囲内に至るのを待つ処理を実行する(ステップS110,S120)。ここで、所定回転数Nsetは、可変バルブタイミング機構150の図示しない油圧式のアクチュエータに供給される油圧を十分な圧力とするためにエンジン32の回転数をかさ上げするための回転数であり、例えば、800rpmや1000rpm,1200rpmなどを用いることができる。また、所定マージンαは、エンジン32の回転数Neがクランキング回転数Nstart近傍に至ったか否かを判定するためのマージンとして設定されるものであり、例えば、100rpmや200rpmなどを用いることができる。ハイブリッド用電子制御ユニット50は、クランキング回転数Nstartを設定すると、エンジン32がクランキング回転数Nstartに至るようにモータ41のトルク指令を設定し、設定したトルク指令をモータECU46に送信するから、モータ41はモータECU46によりトルク指令により駆動制御され、エンジン32はクランキング回転数Nstartに向けてクランキングされることになる。なお、エンジン32の目標回転数Ne*は、エンジン指令パワーと動作ラインとを用いて設定されるものであることは前述した。
そして、エンジン32の回転数Neがクランキング回転数Nstartから所定マージンαの範囲内に至ると、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。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ため、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の回転数Neがクランキング回転数Nstartから所定マージンαの範囲内に至ってから、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*に設定するため、アクチュエータを作動させるための油圧は十分なものとなっているから、直ちにロックピン本体154aによるロックが解除されて吸気バルブ128の開閉タイミングVVTが指令開閉タイミングVVT*に向けて変更される。これにより、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の目標回転数Ne*に所定回転数Nsetを加えた値としてクランキング回転数Nstartを設定してエンジン32のモータ41によるクランキングを開始し、エンジン32の回転数Neがクランキング回転数Nstartから所定マージンαの範囲内に至るのを待って吸気バルブ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*に設定することにより、直ちにロックピン本体154aによるロックを解除して吸気バルブ128の開閉タイミングVVTを指令開閉タイミングVVT*に向けて変更することができる。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の目標回転数Ne*に所定回転数Nsetを加えた値としてクランキング回転数Nstartを設定してエンジン32のモータ41によるクランキングを開始し、エンジン32の回転数Neがクランキング回転数Nstartから所定マージンαの範囲内に至るのを待って吸気バルブ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*に設定する図5の自動始動時回転数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、152 VVT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 (1)

  1. 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、前記吸気バルブの開閉タイミングが前記最も遅いタイミングで保持された状態で少なくとも前記エンジンの回転数が目標回転数より所定回転数だけ高い始動時回転数に至るまで前記エンジンがクランキングされるよう前記発電機を制御し、前記エンジンの回転数が前記始動時回転数に至ったときに前記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。
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