JP2012126269A - ハイブリッド車両およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関を停止させる際に蓄電手段の状態に拘わらずクランクシャフトの停止位置が予め定められた目標停止範囲内に含まれるようにする。
【解決手段】エンジン２２の運転を停止させる際にバッテリ５０の残容量ＳＯＣが判定閾値Ｓｒｅｆ以上であってバッテリ５０の残容量ＳＯＣが必要最小限に確保されている場合にはクランクシャフト２６の停止位置が目標停止範囲内に含まれるようにモータＭＧが制御され（ステップＳ１５０）、エンジン２２の運転を停止させる際にバッテリ５０の残容量ＳＯＣが判定閾値Ｓｒｅｆ未満であってバッテリ５０の残容量ＳＯＣが低下している場合にはクランクシャフト２６の停止位置が目標停止範囲内に含まれるように動弁機構２８が制御される（ステップＳ１６０）。
【選択図】図２

Description

本発明は、吸気弁および排気弁のうちの少なくともいずれか一方をクランクシャフトの回転とは独立に動作させることができる動弁機構を有する内燃機関と、クランクシャフトに連結された電動機と、当該電動機と電力をやり取り可能な蓄電手段とを含むハイブリッド車両に関する。

従来、この種のハイブリッド車両として、内燃機関の運転を停止させる際に、次に内燃機関を始動させる際の振動を低減するためにクランクシャフトが予め定められた目標停止位置に停止するように電動機を制御するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このハイブリッド車両では、内燃機関の回転数が停止直前回転数に達したときのクランク角が目標停止位置を超える位置である場合には内燃機関の回転を抑制するように電動機のトルク指令が設定され、当該クランク角が目標停止位置に届かない位置である場合には内燃機関の回転を促進するように電動機のトルク指令が設定される。また、この種のハイブリッド車両としては、内燃機関を停止させる際に、内燃機関の回転数が閾値未満になるとクランクシャフトが目標停止位置で停止するように当該クランクシャフトに接続されたブレーキを制御するものも知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−０４２５６０号公報 特開２００５−２３１４０９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されたハイブリッド車両では、電動機と電力をやり取りするバッテリの状態によっては、電動機を制御してクランクシャフトを目標停止位置に停止させることができなくなるおそれもある。また、上記特許文献２に記載されたハイブリッド車両のように、クランクシャフトを目標停止位置に停止させるための専用のブレーキを用いるのは、コスト面で問題がある。

そこで、本発明は、内燃機関を停止させる際に蓄電手段の状態に拘わらずクランクシャフトの停止位置が予め定められた目標停止範囲内に含まれるようにすることを主目的とする。

本発明のハイブリッド車両およびその制御方法は、上記主目的を達成するために以下の手段を採っている。

本発明のハイブリッド車両は、
吸気弁および排気弁のうちの少なくともいずれか一方をクランクシャフトの回転とは独立に動作させることができる動弁機構を有する内燃機関と、前記クランクシャフトに連結される電動機と、該電動機と電力をやり取り可能な蓄電手段と、前記内燃機関の運転を停止させる際に前記クランクシャフトの停止位置が予め定められた目標停止範囲内に含まれるようにする機関停止制御手段とを備えるハイブリッド車両において、
前記機関停止制御手段は、前記蓄電手段の蓄電割合が予め定められた判定閾値以上である場合には前記クランクシャフトの停止位置が前記目標停止範囲内に含まれるように前記電動機を制御し、前記蓄電手段の蓄電割合が予め定められた判定閾値未満である場合には前記クランクシャフトの停止位置が前記目標停止範囲内に含まれるように前記動弁機構を制御することを特徴とする。

このハイブリッド車両は、吸気弁および排気弁のうちの少なくともいずれか一方をクランクシャフトの回転とは独立に動作させることができる動弁機構を有する内燃機関と、クランクシャフトに連結される電動機とを備えるものである。そして、このハイブリッド車両では、内燃機関の運転を停止させる際に蓄電手段の蓄電割合が予め定められた判定閾値以上であって蓄電手段の蓄電割合が確保されている場合にはクランクシャフトの停止位置が目標停止範囲内に含まれるように電動機が制御される。また、内燃機関の運転を停止させる際に蓄電手段の蓄電割合が予め定められた判定閾値未満であって蓄電手段の蓄電割合が低下している場合にはクランクシャフトの停止位置が目標停止範囲内に含まれるように動弁機構が制御される。これにより、このハイブリッド車両では、内燃機関を停止させる際に蓄電手段の状態に拘わらずクランクシャフトの停止位置が予め定められた目標停止範囲内に含まれるようにすることができる。また、蓄電手段の蓄電割合が予め定められた判定閾値未満である場合には、内燃機関の動弁機構を制御してクランクシャフトの停止位置が目標停止範囲内に含まれるようにすることで、蓄電手段の蓄電割合の更なる低下を抑制すると共に、内燃機関に対してクランクシャフトを目標停止位置に停止させるための専用のブレーキ等を備える必要がなくなるのでコストアップを抑制することができる。

更に、前記判定閾値は、前記内燃機関の温度が低いほど小さい値に定められてもよい。これにより、内燃機関のフリクションに応じて判定閾値をより適正に定めることが可能となる。

本発明のハイブリッド車両の制御方法は、
吸気弁および排気弁のうちの少なくともいずれか一方をクランクシャフトの回転とは独立に動作させることができる動弁機構を有する内燃機関と、前記クランクシャフトに連結される電動機と、該電動機と電力をやり取り可能な蓄電手段とを備えたハイブリッド車両の制御方法において、
前記内燃機関の運転を停止させる際に前記蓄電手段の蓄電割合が予め定められた判定閾値以上である場合には前記クランクシャフトの停止位置が予め定められた目標停止範囲内に含まれるように前記電動機を制御し、前記内燃機関の運転を停止させるときに前記蓄電手段の蓄電割合が予め定められた判定閾値未満である場合には前記クランクシャフトの停止位置が前記目標停止範囲内に含まれるように前記動弁機構を制御するものである。

この方法によれば、内燃機関を停止させる際に蓄電手段の状態に拘わらずクランクシャフトの停止位置が予め定められた目標停止範囲内に含まれるようにすることができる。

本発明の一実施例に係るハイブリッド車両であるハイブリッド自動車２０の概略構成図である。 ハイブリッド自動車２０の停車に伴ってエンジン２２の運転を停止させる手順を示すフローチャートである。 判定閾値設定用マップの一例を示す説明図である。

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、本発明の実施例に係るハイブリッド車両であるハイブリッド自動車２０の概略構成図である。同図に示すハイブリッド自動車２０は、ガソリンや軽油といった炭化水素系の燃料と空気との混合気を燃焼させて動力を出力するエンジン（内燃機関）２２と、エンジン２２における燃料噴射量や点火時期、吸入空気量等を制御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）２４と、エンジン２２のクランクシャフト２６に接続されたモータＭＧと、モータＭＧの回転軸に接続されると共にデファレンシャルギヤ３８を介して駆動輪３９ａ，３９ｂに連結される変速機３０と、インバータ４５を介してモータＭＧと電力をやり取りするバッテリ５０と、インバータ４５を介してモータＭＧを駆動制御するモータ用電子制御ユニット（以下、「モータＥＣＵ」という）４０と、バッテリ５０を管理するバッテリ用電子制御ユニット（以下、「バッテリＥＣＵ」という）５２と、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０、バッテリＥＣＵ５２と通信しながら車両全体を制御するハイブリッド用電子制御ユニット（以下、「ハイブリッドＥＣＵ」という）７０とを備える。

実施例のエンジン２２は、エンジンＥＣＵ２４により制御されて吸気弁および排気弁（何れも図示省略）をそれぞれクランクシャフト２６の回転とは独立に動作させたり、吸気弁および排気弁の開閉タイミングや、作用角、リフト量等を変更したりすることができる動弁機構２８を有する。また、実施例のモータＭＧは、発電機および電動機として作動可能な同期発電電動機である。更に、変速機３０は、機械式無断変速機（例えばベルト式ＣＶＴ）または有段自動変速機であり、モータＭＧの回転軸に接続される入力軸３１とデファレンシャルギヤ３８に接続される出力軸３２とを有する。そして、実施例のバッテリ５０は、リチウムイオン二次電池あるいはニッケル水素二次電池として構成されている。エンジンＥＣＵ２４、モータＥＣＵ４０、バッテリＥＣＵ５２およびハイブリッドＥＣＵ７０は、何れも図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート等を有するマイクロコンピュータである。

エンジンＥＣＵ２４には、エンジン冷却水の温度である冷却水温Ｔｗを検出する図示しない冷却水温センサやクランクシャフト２６のクランクポジションを検出する図示しないクランクポジションセンサといったエンジン２２に対して設けられて当該エンジン２２の運転状態を検出する各種センサからの信号が入力される。また、エンジンＥＣＵ２４は、クランクポジションセンサからの信号に基づいてエンジン２２の回転数Ｎｅやクランクシャフト２６のクランク角ＣＡを算出する。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧの回転軸の回転位置を検出する図示しない回転位置検出センサからの信号や、図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧに印加される相電流等が入力され、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４５へのスイッチング制御信号等が出力される。また、モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサからの信号に基づいてモータＭＧの回転軸の回転数Ｎｍを算出する。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０に設置された図示しない温度センサからのバッテリ温度Ｔｂや、図示しない電流センサからのバッテリ５０の充放電電流Ｉｂ、図示しない電圧センサからのバッテリ５０の端子間電圧Ｖｂ等が入力される。また、バッテリＥＣＵ５２は、電流センサにより検出された充放電電流Ｉｂの積算値に基づいて残容量（充電割合）ＳＯＣを算出したり、残容量ＳＯＣとバッテリ温度Ｔｂとに基づいてバッテリ５０の充電に許容される電力である入力制限（充電許容電力）Ｗｉｎとバッテリ５０の放電に許容される電力である出力制限（放電許容電力）Ｗｏｕｔとを算出したりする。

ハイブリッドＥＣＵ７０には、図示しないイグニッションスイッチ（スタートスイッチ）８０からのスタート信号や、図示しないシフトレバーの操作位置を示すシフトポジションＳＰ、図示しないアクセルペダルの踏み込み量を示すアクセル開度Ａｃｃ、図示しないブレーキペダルの踏み込み量を示すブレーキペダルストロークＢＳ、図示しない車速センサからの車速Ｖ等が入力される。そして、ハイブリッドＥＣＵ７０は、例えばアクセル開度Ａｃｃや車速Ｖに基づいて変速機３０の出力軸３２に要求される要求トルクＴｒ＊や変速機３０の目標変速比γを設定すると共に、設定した要求トルクＴｒ＊や目標変速比γに基づいてエンジン２２に要求される要求エンジンパワーＰｅ＊やエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊（モータＭＧや入力軸３１の目標回転数）、モータＭＧの目標トルクＴｍ＊を設定し、これらの目標値をエンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０に送信する。エンジンＥＣＵ２４は、要求エンジンパワーＰｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊とに応じた運転ポイントでエンジン２２が運転されるよう吸入空気量制御や燃料噴射制御、点火制御、動弁機構２８の制御等を行なう。また、モータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ＊に応じたトルクがモータＭＧから出力されるようにインバータ４５のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

次に、図２を参照しながら、上述のように構成されるハイブリッド自動車２０の停車に伴ってエンジン２２の運転を停止させる手順について説明する。

図２に示すように、ハイブリッドＥＣＵ７０は、エンジンＥＣＵ２４からエンジン２２の回転数Ｎｅを入力すると共に（ステップＳ１００）、エンジン２２の回転数Ｎｅが予め定められた停止直前回転数Ｎｒｅｆ以下であるか否かを判定している（ステップＳ１１０）。そして、ハイブリッドＥＣＵ７０は、エンジン２２に対する燃料噴射の停止（燃料カット）等によりエンジン２２の回転数Ｎｅが停止直前回転数Ｎｒｅｆ（例えば２００−３００ｒｐｍ程度）以下になったと判断すると、エンジンＥＣＵ２４から冷却水温Ｔｗとクランク角ＣＡとを入力すると共にバッテリＥＣＵ５２からバッテリ５０の残容量ＳＯＣを入力し（ステップＳ１２０）、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが必要最小限に確保されているか否かを判定するための判定閾値Ｓｒｅｆを冷却水温Ｔｗに基づいて設定する（ステップＳ１３０）。実施例では、冷却水温Ｔｗと判定閾値Ｓｒｅｆとの関係が予め定められて判定閾値設定用マップとしてハイブリッドＥＣＵ７０の図示しないＲＯＭに記憶されており、ステップＳ１３０では、与えられた冷却水温Ｔｗに対応する判定閾値Ｓｒｅｆが当該マップから導出・設定される。図３に判定閾値設定用マップの一例を示す。同図に示すように、実施例の判定閾値設定用マップは、判定用閾値Ｓｒｅｆを比較的小さく（例えば１０〜２０％の範囲）規定すると共に、エンジン２２の温度を示す冷却水温Ｔｗが低くエンジン２２のフリクションが大きいほど判定閾値Ｓｒｅｆを小さい値とするように定められている。こうして判定閾値Ｓｒｅｆを設定すると、ハイブリッドＥＣＵ７０は、ステップＳ１２０にて入力したバッテリ５０の残容量ＳＯＣが判定閾値Ｓｒｅｆ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１４０）。

ステップＳ１４０にてバッテリ５０の残容量ＳＯＣが判定閾値Ｓｒｅｆ以上であって残容量ＳＯＣが必要最小限に確保されていると判断した場合、ハイブリッドＥＣＵ７０は、バッテリ５０からの電力によりモータＭＧを駆動して（力行させて）当該モータＭＧからエンジン２２の圧縮の反力に応じたトルクをクランクシャフト２６に出力することで当該クランクシャフト２６の停止位置が予め定められた目標停止範囲（例えば４気筒エンジンの場合、圧縮上死点±所定角度の範囲）内に含まれるようにモータＭＧに対するトルク指令Ｔｍ＊を設定すると共に、トルク指令Ｔｍ＊をモータＥＣＵ４０に送信する（ステップＳ１５０）。実施例では、エンジン２２の回転数Ｎｅが停止直前回転数Ｎｒｅｆに至ったときのクランク角ＣＡの値に応じて複数のトルク指令設定用マップ（トルクの変動パターン）が予め用意されており、ハイブリッドＥＣＵ７０は、ステップＳ１４０の処理の開始に際してステップＳ１２０にて入力したクランク角ＣＡに対応したトルク指令設定用マップを選択し、以後、所定時間おきに当該マップからモータＭＧに対するトルク指令Ｔｍ＊を導出・設定する。そして、トルク指令Ｔｍ＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ＊に応じたトルクがモータＭＧから出力されるようにインバータ４５のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。こうして、モータＭＧからエンジン２２のクランクシャフト２６にトルクを出力することでクランクシャフト２６の回転が停止すると、本ルーチンが終了することになる。

これに対してステップＳ１４０にてバッテリ５０の残容量ＳＯＣが判定閾値Ｓｒｅｆ未満であって上述のようにモータＭＧを用いてクランクシャフト２６の停止位置を調整するのに充分な残容量ＳＯＣが確保されていないと判断した場合、ハイブリッドＥＣＵ７０は、動弁機構２８を制御してクランクシャフト２６を上述の目標停止範囲内で停止させるようにエンジンＥＣＵ２４に指令信号を送信し、ハイブリッドＥＣＵ７０からの指令信号を受信したエンジンＥＣＵ２４は、例えばエンジン２２の回転数Ｎｅが停止直前回転数Ｎｒｅｆに至ったときのクランク角ＣＡの値に応じた動弁機構制御用マップに従って動弁機構２８を制御する（ステップＳ１６０）。すなわち、エンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２の回転数Ｎｅが停止直前回転数Ｎｒｅｆに至ったときのクランク角ＣＡが上記目標停止範囲以上であるときには吸気弁および排気弁が閉弁されるように動弁機構２８を制御し、回転数Ｎｅが停止直前回転数Ｎｒｅｆに至ったときのクランク角ＣＡが上記目標停止範囲未満であるときには吸気弁および排気弁が開弁されるように動弁機構２８を制御する。こうして、動弁機構２８の制御によりクランクシャフト２６の回転が停止すると、本ルーチンが終了することになる。

以上説明したように、実施例のハイブリッド自動車２０は、吸気弁および排気弁のうちの少なくともいずれか一方をクランクシャフト２６の回転とは独立に動作させることができる動弁機構２８を有するエンジン２２と、クランクシャフト２６に連結されるモータＭＧとを備えるものである。そして、実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の運転を停止させる際にバッテリ５０の残容量ＳＯＣが判定閾値Ｓｒｅｆ以上であってバッテリ５０の残容量ＳＯＣが必要最小限に確保されている場合にはクランクシャフト２６の停止位置が目標停止範囲内に含まれるようにモータＭＧが制御される（図２のステップＳ１５０）。また、エンジン２２の運転を停止させる際にバッテリ５０の残容量ＳＯＣが判定閾値Ｓｒｅｆ未満であってバッテリ５０の残容量ＳＯＣが低下している場合にはクランクシャフト２６の停止位置が目標停止範囲内に含まれるように動弁機構２８が制御される（図２のステップＳ１６０）。

これにより、実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２を停止させる際にバッテリ５０の蓄電状態に拘わらずクランクシャフト２６の停止位置が予め定められた目標停止範囲内に含まれるようにすることができる。また、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが判定閾値Ｓｒｅｆ未満である場合には、エンジン２２の動弁機構２８を制御してクランクシャフト２６の停止位置が目標停止範囲内に含まれるようにすることで、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが更に低下してしまうのを抑制すると共に、エンジン２２に対してクランクシャフト２６を目標停止位置に停止させるための専用のブレーキ等を備える必要がなくなるのでコストアップを抑制することができる。更に、上記実施例のように、判定閾値Ｓｒｅｆをエンジン２２の温度すなわち冷却水温Ｔｗが低いほど小さい値にすれば、エンジン２２のフリクションに応じて判定閾値Ｓｒｅｆをより適正に定めることが可能となる。

なお、図２のステップＳ１４０では、バッテリ５０の残容量ＳＯＣと判定閾値とを比較しているが、バッテリ５０の残容量ＳＯＣの代わりに、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔとそれに対応して定められる判定閾値とを比較してもよい。また、判定閾値Ｓｒｅｆは、冷却水温Ｔｗ以外のエンジン２２の温度を示すパラメータに応じて設定されてもよい。更に、上記実施例のハイブリッド自動車２０は、モータＭＧを備えた、いわゆる１モータ式のハイブリッド車両であるが、本発明は、内燃機関と、動力を入出力可能な第１電動機と、第１電動機の回転軸に接続される第１要素と、内燃機関のクランクシャフトに接続される第２要素と、駆動輪に動力を伝達する駆動軸に接続される第３要素とを有する遊星歯車機構と、駆動軸に動力を出力可能な第２電動機とを備える２モータ式のハイブリッド車両にも適用され得ることはいうまでもない。

ここで、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。すなわち、上記実施例では、吸気弁および排気弁のうちの少なくともいずれか一方をクランクシャフト２６の回転とは独立に動作させることができる動弁機構２８を有するエンジン２２が「内燃機関」に相当し、クランクシャフト２６に連結されるモータＭＧが「電動機」に相当し、モータＭＧと電力をやり取り可能なバッテリ５０が「蓄電手段」に相当し、エンジン２２の運転を停止させる際にクランクシャフト２６の停止位置が予め定められた目標停止範囲内に含まれるように図２の処理を実行するハイブリッドＥＣＵ７０、モータＥＣＵ４０およびエンジンＥＣＵ２４の組み合わせが「機関停止制御手段」に相当する。ただし、これら実施例および変形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。すなわち、実施例はあくまで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ず、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の解釈は、その欄の記載に基づいて行なわれるべきものである。

以上、実施例を用いて本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施例に何ら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、様々な変更をなし得ることはいうまでもない。

本発明は、ハイブリッド車両の製造産業において利用可能である。

２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６ クランクシャフト、２８ 動弁機構、３０ 変速機、３１ 入力軸、３２ 出力軸、３８ デファレンシャルギヤ、３９ａ，３９ｂ 駆動輪、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４５ インバータ、５０ バッテリ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット（ハイブリッドＥＣＵ）、８０ イグニッションスイッチ、ＭＧ モータ。

Claims (3)

1. 吸気弁および排気弁のうちの少なくともいずれか一方をクランクシャフトの回転とは独立に動作させることができる動弁機構を有する内燃機関と、前記クランクシャフトに連結される電動機と、該電動機と電力をやり取り可能な蓄電手段と、前記内燃機関の運転を停止させる際に前記クランクシャフトの停止位置が予め定められた目標停止範囲内に含まれるようにする機関停止制御手段とを備えるハイブリッド車両において、
   前記機関停止制御手段は、前記蓄電手段の蓄電割合が予め定められた判定閾値以上である場合には前記クランクシャフトの停止位置が前記目標停止範囲内に含まれるように前記電動機を制御し、前記蓄電手段の蓄電割合が予め定められた判定閾値未満である場合には前記クランクシャフトの停止位置が前記目標停止範囲内に含まれるように前記動弁機構を制御することを特徴とするハイブリッド車両。
2. 請求項１に記載のハイブリッド車両において、
   前記判定閾値は、前記内燃機関の温度が低いほど小さい値に定められることを特徴とするハイブリッド車両。
3. 吸気弁および排気弁のうちの少なくともいずれか一方をクランクシャフトの回転とは独立に動作させることができる動弁機構を有する内燃機関と、前記クランクシャフトに連結される電動機と、該電動機と電力をやり取り可能な蓄電手段とを備えたハイブリッド車両の制御方法において、
   前記内燃機関の運転を停止させる際に前記蓄電手段の蓄電割合が予め定められた判定閾値以上である場合には前記クランクシャフトの停止位置が予め定められた目標停止範囲内に含まれるように前記電動機を制御し、前記内燃機関の運転を停止させるときに前記蓄電手段の蓄電割合が予め定められた判定閾値未満である場合には前記クランクシャフトの停止位置が前記目標停止範囲内に含まれるように前記動弁機構を制御することを特徴とするハイブリッド車両の制御方法。

Images