JP2015058851A - ハイブリッド車両の制御装置およびハイブリッド車両の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】走行状況に応じて適切なエンジン始動を実現する。【解決手段】走行制御部２０１は、エンジン１００を停止してモータジェネレータＭＧ２の駆動力を用いて走行するための走行制御を実行する。動弁制御部２０２は、ＶＶＬ装置４００を制御する。走行制御の実行中にエンジン１００が始動される場合に、ハイブリッド車両１が第１の車速で走行しているときは、動弁制御部２０２は、ハイブリッド車両１が第１の車速よりも低い第２の車速で走行しているときよりも吸気バルブ１１８のリフト量および吸気バルブ１１８の作用角の少なくとも一方を小さくするようにＶＶＬ装置４００を制御し、走行制御部２０１は、エンジン１００を始動する。【選択図】図２

Description

この発明は、ハイブリッド車両の制御装置およびハイブリッド車両の制御方法に関し、特に、内燃機関を備えるハイブリッド車両の制御に関する。

一般に、内燃機関の吸気バルブの作動特性を変更するための可変動弁装置が知られている。可変動弁装置には、吸気バルブのリフト量および作用角の少なくとも一方を変更可能に構成されたものがある（たとえば、特許文献１〜５参照）。可変動弁装置を用いることによって、内燃機関の運転特性を変更することが可能である。

たとえば、特開２０００−３４９１３号公報（特許文献６）は、可変動弁装置を備える車両において、車両の停止時に内燃機関の始動および停止が自動的に行われることを開示している。この車両は、内燃機関の始動時に可変動弁装置によって吸気バルブのリフト量を最大リフト量に変更することによってデコンプ作用を生じさせる。その結果、内燃機関の始動時において発生する振動を抑制することができる。

特開２００４−１８３６１０号公報 特開２０１３−５３６１０号公報 特開２００８−２５５５０号公報 特開２０１２−１１７３７６号公報 特開平９−２４２５１９号公報 特開２０００−３４９１３号公報 特開２０１２−３５７８３号公報 特開２０１０−２８５０３８号公報

ハイブリッド車両においては、内燃機関を停止して走行用の回転電機の駆動力のみを用いて走行する場合がある。このような走行を行っている場合に、走行状況に応じて内燃機関の駆動力が要求されると、走行しながら内燃機関が始動される。しかしながら、振動を抑制するために吸気バルブのリフト量を大きくすると、内燃機関が発生するトルクの応答性が低下するので、内燃機関に要求されるトルクを即座に出力できない可能性がある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、走行状況に応じて適切なエンジン始動を実現することである。

この発明によれば、ハイブリッド車両は、内燃機関と、回転電機とを含む。内燃機関は、吸気バルブの作動特性を変更するための可変動弁装置を有する。回転電機は、走行駆動力を発生する。ハイブリッド車両の制御装置は、走行制御部と、動弁制御部とを備える。走行制御部は、内燃機関を停止して回転電機の駆動力を用いて走行するための走行制御を実行する。動弁制御部は、可変動弁装置を制御する。走行制御の実行中に内燃機関が始動される場合に、ハイブリッド車両が第１の車速で走行しているときは、動弁制御部は、ハイブリッド車両が第１の車速よりも低い第２の車速で走行しているときよりも吸気バルブのリフト量および吸気バルブの作用角の少なくとも一方を小さくするように可変動弁装置を制御し、走行制御部は、内燃機関を始動する。

好ましくは、走行制御の実行中に内燃機関の始動が要求された場合に、ハイブリッド車両が第１の車速で走行しているときは、動弁制御部は、ハイブリッド車両が第１の車速よりも低い第２の車速で走行しているときよりも吸気バルブのリフト量および吸気バルブの作用角の少なくとも一方を小さくするように可変動弁装置を制御し、走行制御部は、内燃機関を始動する。

好ましくは、可変動弁装置は、吸気バルブの作動特性を、第１の特性と、作動特性が第１の特性であるときよりもリフト量および作用角の少なくとも一方が大きい第２の特性とのいずれかに切替可能に構成される。走行制御の実行中に内燃機関の始動が要求された場合に、動弁制御部は、内燃機関の始動が要求されたときの車速が所定値以上である場合に、吸気バルブの作動特性が第１の特性となるように可変動弁装置を制御し、内燃機関の始動が要求されたときの車速が所定値よりも低い場合に、吸気バルブの作動特性が第２の特性となるように可変動弁装置を制御し、走行制御部は、内燃機関を始動する。

好ましくは、可変動弁装置は、吸気バルブの作動特性を、第１の特性と、作動特性が第１の特性であるときよりもリフト量および作用角の少なくとも一方が大きい第２の特性と、作動特性が第２の特性であるときよりもリフト量および作用角の少なくとも一方が大きい第３の特性とのうちのいずれかに切替可能に構成される。走行制御の実行中に内燃機関の始動が要求された場合に、動弁制御部は、内燃機関の始動が要求されたときの車速が所定値以上である場合に、吸気バルブの作動特性が第１の特性となるように可変動弁装置を制御し、内燃機関の始動が要求されたときの車速が所定値よりも低い場合に、吸気バルブの作動特性が第３の特性となるように可変動弁装置を制御し、走行制御部は、内燃機関を始動する。

好ましくは、走行制御の実行中に内燃機関の始動が要求された場合に、動弁制御部は、ハイブリッド車両の車速が高いほど吸気バルブのリフト量および作用角の少なくとも一方が小さくなるように可変動弁装置を制御し、走行制御部は、内燃機関を始動する。

また、この発明によれば、ハイブリッド車両は、内燃機関と、回転電機とを含む。内燃機関は、吸気バルブの作動特性を変更するための可変動弁装置を有する。回転電機は、走行駆動力を発生する。ハイブリッド車両の制御方法は、内燃機関を停止して回転電機の駆動力を用いて走行するための走行制御を実行するステップと、走行制御の実行中に内燃機関が始動される場合に、ハイブリッド車両が第１の車速で走行しているときは、動弁制御部は、ハイブリッド車両が第１の車速よりも低い第２の車速で走行しているときよりも吸気バルブのリフト量および吸気バルブの作用角の少なくとも一方を小さくするように可変動弁装置を制御するステップと、内燃機関を始動するステップとを含む。

この発明においては、ハイブリッド車両の車速が高いときには、バルブ量および作用角の少なくとも一方を小さくしてエンジンを始動することによって、エンジントルクの応答性が高くなり、即座にエンジントルクを出力することができる。一方、ハイブリッド車両の車速が低いときには、バルブ量および作用角の少なくとも一方を大きくしてエンジンを始動することによって、デコンプ作用が発生し、エンジン始動に伴う振動を抑制することができる。したがって、この発明によれば、走行状況に応じて適切なエンジン始動を実現することができる。

この発明の実施の形態による制御装置が適用されるハイブリッド車両の全体構成を示すブロック図である。 図１に示すエンジンの構成を示す図である。 ＶＶＬ装置において実現されるバルブ変位量とクランク角の関係を示す図である。 吸気バルブのリフト量と作用角とを制御する装置の一例であるＶＶＬ装置の正面図である。 ＶＶＬ装置を部分的に示した斜視図である。 吸気バルブのリフト量および作用角が大きい場合の動作を説明する図である。 吸気バルブのリフト量および作用角が小さい場合の動作を説明する図である。 吸気バルブの特性によるエンジントルクの応答性の違いを説明するタイムチャートである。 吸気バルブの特性によるエンジントルクの違いを説明するグラフである。 図１に示す制御装置が実行する吸気バルブ制御に関する機能ブロック図である。 図１に示す制御装置が実行する吸気バルブ制御の制御構造を示すフローチャートである。 吸気バルブの作動特性を３段階に変更可能なＶＶＬ装置において実現されるバルブ変位量とクランク角の関係を示す図である。 図１２に示す作動特性を有するＶＶＬ装置を備えるエンジンの動作線を示す図である。 図１２に示す作動特性を有するＶＶＬ装置を制御する制御装置が実行する吸気バルブ制御の制御構造を示すフローチャートである。 吸気バルブの作動特性を２段階に変更可能なＶＶＬ装置において実現されるバルブ変位量とクランク角の関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお図中同一または相当部分には同一の符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態による制御装置が適用されるハイブリッド車両の全体構成を示すブロック図である。図１を参照して、ハイブリッド車両１は、エンジン１００と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割装置４と、減速機５と、駆動輪６と、蓄電装置Ｂと、ＰＣＵ（Power Control Unit）２０と、制御装置２００とを含む。

ハイブリッド車両１は、エンジン１００およびモータジェネレータＭＧ２の少なくとも一方から出力される駆動力によって走行する。エンジン１００が発生する駆動力は、動力分割装置４によって２経路に分割される。一方は減速機５を介して駆動輪６へ駆動力が伝達される経路であり、もう一方はモータジェネレータＭＧ１へ駆動力が伝達される経路である。

蓄電装置Ｂは、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置Ｂは、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池または鉛蓄電池などの二次電池、あるいは電気二重層キャパシタなどの蓄電素子のセルを含んで構成される。

蓄電装置Ｂは、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するためのＰＣＵ２０に接続される。そして、蓄電装置Ｂは、ハイブリッド車両１の駆動力を発生させるための電力をＰＣＵ２０に供給する。また、蓄電装置Ｂは、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２で発電された電力を蓄電する。蓄電装置Ｂの出力は、たとえば２００Ｖである。

ＰＣＵ２０は、蓄電装置Ｂから供給される直流電力を交流電力に変換し、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動する。また、ＰＣＵ２０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２が発電した交流電力を直流電力に変換し、蓄電装置Ｂを充電する。

制御装置２００は、アクセルペダルの開度を示すアクセル開度信号および車両の走行状態に基づいて走行パワーを算出し、その算出した走行パワーに基づいてエンジン１００およびモータジェネレータＭＧ２の駆動力を制御する。さらに、制御装置２００は、走行パワーに基づいてハイブリッド車両１の走行モードを制御する。走行モードには、エンジン１００を停止させた状態でモータジェネレータＭＧ２を動力源として走行する「ＥＶモード」と、エンジン１００を動作させた状態で走行する「ＨＶモード」とがある。

図２は、図１に示すエンジン１００の構成を示す図である。図２を参照して、エンジン１００には、エアクリーナ１０２から空気が吸入される。吸入空気量は、スロットルバルブ１０４により調整される。スロットルバルブ１０４はスロットルモータ３１２により駆動される電機制御式スロットルバルブである。

インジェクタ１０８は、吸気ポートに向けて燃料を噴射する。吸気ポートにおいて燃料と混合された空気は、シリンダ１０６内へ導入される。

なお、本実施の形態においては、インジェクタ１０８の噴射孔が吸気ポート内に設けられたポート噴射式エンジンとしてエンジン１００を説明するが、ポート噴射用のインジェクタ１０８に加えて、シリンダ１０６内へ直接燃料を噴射する直噴用のインジェクタを設けてもよい。さらに、直噴用のインジェクタのみを設けるようにしてもよい。

シリンダ１０６内の混合気は、点火プラグ１１０により着火され、燃焼する。燃焼後の混合気、すなわち排気ガスは、三元触媒１１２により浄化された後、車外に排出される。混合気の燃焼によりピストン１１４が押し下げられ、クランクシャフト１１６が回転する。

シリンダ１０６の頭頂部には、吸気バルブ１１８および排気バルブ１２０が設けられる。シリンダ１０６に導入される空気の量および時期は、吸気バルブ１１８により制御される。シリンダ１０６から排出される排気ガスの量および時期は、排気バルブ１２０により制御される。吸気バルブ１１８はカム１２２により駆動される。排気バルブ１２０はカム１２４により駆動される。

吸気バルブ１１８は、後に詳細に説明するように、ＶＶＬ（Variable Valve Lift）装置４００によってリフト量および作用角が制御される。なお、排気バルブ１２０についても、リフト量および作用角を制御するようにしてもよい。また、開閉タイミングを制御するＶＶＴ（Variable Valve Timing）装置をＶＶＬ装置４００に組み合わせもよい。

制御装置２００は、エンジン１００が所望の運転状態になるように、スロットル開度θｔｈ、点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量、吸気バルブの作動状態（開閉タイミング、リフト量、作用角等）を制御する。制御装置２００には、カム角センサ３００、クランク角センサ３０２、ノックセンサ３０４、スロットル開度センサ３０６、車速センサ３０８から信号が入力される。

カム角センサ３００は、カムの位置を表す信号を出力する。クランク角センサ３０２は、クランクシャフト１１６の回転数（エンジン回転数）およびクランクシャフト１１６の回転角度を表す信号を出力する。ノックセンサ３０４は、エンジン１００の振動の強度を表す信号を出力する。スロットル開度センサ３０６は、スロットル開度θｔｈを表す信号を出力する。車速センサ３０８は、ハイブリッド車両１の走行速度を検出するためのセンサである。一例として、車速センサ３０８は、ハイブリッド車両１の駆動軸の回転速度を計測することによって走行速度を検出する。車速センサ３０８は、走行速度を示す信号ＳＰＤを制御装置２００へ出力する。なお、車速センサ３０８の検出値に基づいて制御装置２００が走行速度を算出するものとしてもよい。

図３は、ＶＶＬ装置４００において実現されるバルブ変位量とクランク角の関係を示す図である。図３を参照して、排気行程において排気バルブ１２０が開いて閉じ、吸気行程において吸気バルブ１１８が開いて閉じる。排気バルブ１２０のバルブ変位量が波形ＥＸに示されており、これに対して吸気バルブ１１８のバルブ変位量が波形ＩＮ１，ＩＮ２に示されている。

なお、バルブ変位量とは、吸気バルブ１１８が閉じた状態からの吸気バルブ１１８の変位量である。リフト量とは、吸気バルブ１１８の開度がピークに達したときのバルブ変位量である。作用角とは、吸気バルブ１１８が開いてから閉じるまでのクランク角度である。

吸気バルブ１１８の作動特性は、ＶＶＬ装置４００によって波形ＩＮ１，ＩＮ２の間で変化する。波形ＩＮ１は、リフト量および作用角が最小の場合を示す。波形ＩＮ２は、リフト量および作用角が最大の場合を示す。ＶＶＬ装置４００においては、リフト量が増大するにつれて、作用角も増大する。

図４は、吸気バルブ１１８のリフト量と作用角とを制御する装置の一例であるＶＶＬ装置４００の正面図である。図４を参照して、ＶＶＬ装置４００は、一方向に延びる駆動軸４１０と、駆動軸４１０の外周面を覆う支持パイプ４２０と、支持パイプ４２０の外周面上で駆動軸４１０の軸方向に並んで配置された入力アーム４３０および揺動カム４４０とを備える。駆動軸４１０の先端には、駆動軸４１０を直線運動させるアクチュエータ（図示せず）が接続される。

ＶＶＬ装置４００には、各気筒に設けられた１つのカム１２２に対応して、１つの入力アーム４３０が設けられる。入力アーム４３０の両側には、各気筒に設けられた一対の吸気バルブ１１８のそれぞれに対応して、２つの揺動カム４４０が設けられる。

支持パイプ４２０は、中空円筒状に形成されており、カムシャフト１３０に対して平行に配置される。支持パイプ４２０は、軸方向へ移動したり、回転したりしないようにシリンダヘッドに固定される。

支持パイプ４２０の内部には、その軸方向に摺動可能なように駆動軸４１０が挿入される。支持パイプ４２０の外周面上には、駆動軸４１０の軸芯を中心として揺動可能で、かつ、その軸方向には移動しないように、入力アーム４３０および２つの揺動カム４４０が設けられる。

入力アーム４３０は、支持パイプ４２０の外周面から離れる方向に突出するアーム部４３２と、アーム部４３２の先端に回転可能に接続されたローラ部４３４とを有する。入力アーム４３０は、ローラ部４３４がカム１２２に当接可能な位置に配置されるように設けられる。

揺動カム４４０は、支持パイプ４２０の外周面から離れる方向に突出する略三角形状のノーズ部４４２を有する。ノーズ部４４２の一辺には、凹状に湾曲したカム面４４４が形成される。吸気バルブ１１８に設けられたバルブスプリングの付勢力により、ロッカアーム１２８に回転可能に取り付けられたローラがカム面４４４に押し付けられる。

入力アーム４３０および揺動カム４４０は、一体となって駆動軸４１０の軸芯を中心として揺動する。このため、カムシャフト１３０が回転すると、カム１２２に当接された入力アーム４３０が揺動し、この入力アーム４３０の動きに連動して揺動カム４４０も揺動する。この揺動カム４４０の動きが、ロッカアーム１２８を介して吸気バルブ１１８に伝わり、吸気バルブ１１８が開閉される。

ＶＶＬ装置４００は、さらに、支持パイプ４２０の軸芯周りにおいて、入力アーム４３０と揺動カム４４０との相対位相差を変更する装置を備える。相対位相差を変更する装置によって、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角が適宜変更される。

つまり、両者の相対位相差を拡大すれば、入力アーム４３０および揺動カム４４０の揺動角に対するロッカアーム１２８の揺動角が拡大され、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角が増大される。

また、両者の相対位相差を縮小すれば、入力アーム４３０および揺動カム４４０の揺動角に対するロッカアーム１２８の揺動角が縮小され、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角が小さくされる。

図５は、ＶＶＬ装置４００を部分的に示した斜視図である。図５中では、内部構造が明確に把握できるように一部が破断されて表わされる。

図５を参照して、入力アーム４３０および２つの揺動カム４４０と、支持パイプ４２０の外周面との間に規定された空間には、支持パイプ４２０に対して、回転可能で、かつ軸方向に摺動可能に支持されたスライダギヤ４５０が収容される。スライダギヤ４５０は、支持パイプ４２０上を軸方向に摺動可能に設けられる。

スライダギヤ４５０には、その軸方向の中央部に位置して、右ねじ螺旋状のヘリカルスプラインが形成されたヘリカルギヤ４５２が設けられる。また、スライダギヤ４５０には、ヘリカルギヤ４５２の両側に位置し、ヘリカルギヤ４５２とは逆に左ねじ螺旋状のヘリカルスプラインが形成されたヘリカルギヤ４５４が各々に設けられる。

一方、スライダギヤ４５０を収容する空間を規定する入力アーム４３０および２つの揺動カム４４０の内周面には、ヘリカルギヤ４５２および４５４に対応したヘリカルスプラインがそれぞれ形成される。つまり、入力アーム４３０には、右ねじ螺旋状のヘリカルスプラインが形成されており、そのヘリカルスプラインがヘリカルギヤ４５２に噛み合っている。また、揺動カム４４０には、左ねじ螺旋状のヘリカルスプラインが形成されており、そのヘリカルスプラインがヘリカルギヤ４５４に噛み合っている。

スライダギヤ４５０には、一方のヘリカルギヤ４５４とヘリカルギヤ４５２との間に位置して、周方向に延びる長穴４５６が形成される。また、図示しないが、支持パイプ４２０には、長穴４５６の一部と重なるように、軸方向に延びる長穴が形成される。支持パイプ４２０の内部に挿通された駆動軸４１０には、これら長穴４５６および図示しない長穴の重なった部分を通じて突出する係止ピン４１２が一体に設けられる。

駆動軸４１０に連結されるアクチュエータ（図示せず）によって、駆動軸４１０がその軸方向に移動すると、スライダギヤ４５０が係止ピン４１２により押され、ヘリカルギヤ４５２および４５４が同時に駆動軸４１０の軸方向に移動する。このようなヘリカルギヤ４５２および４５４の移動に対して、これらにスプライン係合された入力アーム４３０および揺動カム４４０は、軸方向に移動しない。そのため、入力アーム４３０と揺動カム４４０は、ヘリカルスプラインの噛み合いを通じて駆動軸４１０の軸芯周りに回動する。

このとき、入力アーム４３０と揺動カム４４０とでは、形成されたヘリカルスプラインの向きが逆である。そのため、入力アーム４３０と揺動カム４４０の回動方向は互いに逆方向となる。これにより、入力アーム４３０と揺動カム４４０との相対位相差が変化し、既に説明したように吸気バルブ１１８のリフト量および作用角が変更される。なお、ＶＶＬ装置は、このような形式のものに限られない。たとえば、電気的にバルブを駆動するＶＶＬ装置や油圧を用いてバルブを駆動するＶＶＬ装置などを用いてもよい。

制御装置２００は、駆動軸４１０を直線運動させるアクチュエータの操作量を調整することによって吸気バルブ１１８のリフト量および作用角を制御する。

図６は、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角が大きい場合の動作を説明する図である。図７は、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角が小さい場合の動作を説明する図である。図６および図７を参照して、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角が大きい場合には、吸気バルブ１１８を閉じるタイミングが遅くなるため、エンジン１００は、アトキンソンサイクルにて運転される。すなわち、吸気行程にてシリンダ１０６内に吸入された空気の一部がシリンダ１０６外へ戻されるため、圧縮行程において空気を圧縮するための力である圧縮反力が低減する。このため、エンジン始動時の振動を低減することができる。しかしながら、圧縮比が減少するため、着火性が悪化してしまう。

一方、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角が小さい場合には、吸気バルブ１１８を閉じるタイミングが早くなるため、圧縮比が上昇する。このため、低温での着火性を向上することができる。しかしながら、圧縮反力が増加するため、エンジン始動時の振動が増加してしまう。また、ポンピングロスが増加することによってエンジンブレーキが増大する。さらに、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角が小さい場合には、以下に説明するようにエンジントルクの応答性が向上する。

図８は、吸気バルブ１１８の特性によるエンジントルクの応答性の違いを説明するタイムチャートである。図８においては、横軸には時間が示され、縦軸にはエンジン回転数が示される。図９は、吸気バルブ１１８の特性によるエンジントルクの違いを説明するグラフである。図９においては、横軸にはエンジン回転数が示され、縦軸にはエンジントルクが示される。なお、図８および図９において、実線はリフト量および作用角が小さい場合を示し、破線はリフト量および作用角が大きい場合を示す。

図８および図９を参照して、エンジン回転数が低い領域においては、リフト量および作用角が小さい場合が大きい場合よりも出力可能なエンジントルクが大きい。リフト量および作用角が大きい場合には、シリンダ内へ吸入された空気の一部がシリンダ外へ戻される。これに対し、リフト量および作用角が小さい場合には、吸気バルブ１１８が早く閉じられるためより多くの空気を導入することができ、エンジン１００の出力可能なトルクが増加する。

一方、エンジン回転数が高い領域においては、リフト量および作用角が大きい場合が小さい場合よりも出力可能なエンジントルクが大きい。これは、リフト量および作用角が大きい場合には、空気の慣性力を利用してより多くの空気を導入することができるからである。

したがって、エンジン１００の回転数をエンジン始動時の目標回転数である所定値Ａまで上昇させる場合においては、リフト量および作用角が小さい場合の方が低回転域で出力できるエンジントルクが大きいため、エンジン回転数を速やかに上昇させることができる。

以上のような構成において、ハイブリッド車両１がＥＶモードにて走行している場合に、エンジン１００の駆動力が要求されると、走行しながらエンジン１００が始動される。ここで、ハイブリッド車両１が低車速にて走行している場合にエンジン１００が始動されるときは、乗り心地を向上するために、エンジン始動に伴う振動を抑制することが重要となるため、吸気バルブ１１８のリフト量を大きくしてエンジン１００を始動することが考えられる。

一方、ハイブリッド車両１が高車速にて走行している場合にエンジン１００が始動されるときは、走行性能を確保するために、エンジン１００の駆動力を即座に出力することが要求されることがある。しかしながら、振動を抑制するために吸気バルブ１１８のリフト量を大きくすると、エンジン１００が発生するトルクの応答性が低下してしまい、エンジントルクを即座に出力できない可能性がある。

本実施の形態においては、ＥＶモードでの走行中にエンジン１００の始動が要求された場合に、ハイブリッド車両１の車速が高いときは、ハイブリッド車両１の車速が低いときよりも吸気バルブ１１８のリフト量および作用角の少なくとも一方を小さくするようにＶＶＬ装置４００を制御する吸気バルブ制御が実行される。以下、この吸気バルブ制御の内容について詳しく説明する。

図１０は、図１に示す制御装置２００が実行する吸気バルブ制御に関する機能ブロック図である。図１０の機能ブロック図に記載された各機能ブロックは、制御装置２００によるハードウェア的あるいはソフトウェア的な処理によって実現される。

図１０とともに図２を参照して、制御装置２００は、走行制御部２０１と、動弁制御部２０２とを含む。

走行制御部２０１は、アクセル開度や走行状態に基づいて走行パワーを算出し、その算出した走行パワーと切替しきい値との比較結果に基づいて車両の走行モードを切替える。走行制御部２０１は、算出された走行パワーが切替しきい値よりも小さいとき、走行モードをＥＶモードとし、エンジン１００を停止してモータジェネレータＭＧ２の駆動力を用いて走行するための走行制御を実行する。一方、走行制御部２０１は、算出された走行パワーが切替しきい値を上回ったときには、走行モードをＨＶモードとし、エンジン１００を動作させた状態で走行するための走行制御を実行する。

走行制御部２０１は、走行モードがＥＶモードからＨＶモードに切り替わるときに、エンジン１００へ始動を要求する。走行制御部２０１は、エンジン１００の始動が要求されたことを示す信号ＲＥＱを動弁制御部２０２へ出力する。

動弁制御部２０２は、車速センサ３０８から信号ＳＰＤを受ける。動弁制御部２０２は、走行制御部２０１から信号ＲＥＱを受ける。動弁制御部２０２は、ＥＶモードでの走行中にエンジン１００の始動が要求された場合に、ハイブリッド車両１の車速が高いときは、ハイブリッド車両１の車速が低いときよりも吸気バルブ１１８のリフト量および作用角の少なくとも一方を小さくするようにＶＶＬ装置４００を制御する。

具体的には、動弁制御部２０２は、エンジン１００の始動が要求されたときの車速が所定値Ｘ以上である場合に、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角を小さくし、エンジン１００の始動が要求されたときの車速が所定値Ｘよりも低い場合に、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角を大きくするようにＶＶＬ装置４００を制御する。一例として、動弁制御部２０２は、エンジン１００の始動が要求されたときの車速が所定値Ｘ以上である場合に、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角を最小とし、エンジン１００の始動が要求されたときの車速が所定値Ｘよりも低い場合に、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角を最大とするようにＶＶＬ装置４００を制御してもよい。

動弁制御部２０２は、ＶＶＬ装置４００を制御するための信号ＶＬＶを生成し、生成した信号をＶＶＬ装置４００へ出力する。なお、所定値Ｘは、エンジン１００の始動時においてエンジン振動の抑制とトルク応答性とのどちらを優先するかを決定するための値である。すなわち、車速が所定値Ｘ以上ではトルク応答性が優先され、車速が所定値Ｘ未満ではエンジン振動の抑制が優先される。

図１１は、図１に示す制御装置２００が実行する吸気バルブ制御の制御構造を示すフローチャートである。図１１に示すフローチャートは、制御装置２００に予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。

図１１を参照して、制御装置２００は、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、走行モードがＥＶモードであるか否かを判定する。走行モードがＥＶモードではないと判定された場合は（Ｓ１００にてＮＯ）、以降の処理はスキップされて処理がメインルーチンに戻される。

走行モードがＥＶモードであると判定された場合は（Ｓ１００にてＹＥＳ）、制御装置２００は、エンジン１００の始動が要求されているか否かを判定する（Ｓ１０５）。エンジン１００の始動が要求されていないと判定された場合は(Ｓ１０５にてＮＯ)、以降の処理はスキップされて処理がメインルーチンに戻される。

エンジン１００の始動が要求されていると判定された場合は(Ｓ１０５にてＹＥＳ)、制御装置２００は、ハイブリッド車両１の車速が所定値Ｘ以上であるか否かを判定する（Ｓ１１０）。ハイブリッド車両１の車速が所定値Ｘ以上であると判定された場合は(Ｓ１１０にてＹＥＳ)、制御装置２００は、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角を小さくしてエンジン１００を始動する（Ｓ１２０）。一例として、制御装置２００は、ハイブリッド車両１の車速が所定値Ｘ以上である場合には、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角を最小としてエンジン１００を始動してもよい。

一方、ハイブリッド車両１の車速が所定値Ｘよりも低いと判定された場合は(Ｓ１１０にてＮＯ)、制御装置２００は、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角を大きくしてエンジン１００を始動する（Ｓ１３０）。一例として、制御装置２００は、ハイブリッド車両１の車速が所定値よりも低い場合には、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角を最大としてエンジン１００を始動してもよい。

以上のように、この実施の形態においては、ＥＶモードでの走行中にエンジン１００の始動が要求された場合に、ハイブリッド車両１が第１の車速で走行しているときは、ハイブリッド車両１が第１の車速よりも低い第２の車速で走行しているときよりも吸気バルブ１１８のリフト量および作用角の少なくとも一方を小さくするようにＶＶＬ装置４００が制御される。ここで、ハイブリッド車両１の車速が高いときは、走行性能を確保するために、振動の抑制よりもエンジントルクの応答性が要求される。そのため、ハイブリッド車両１の車速が高いときには、バルブ量および作用角の少なくとも一方が小さくなることによって、エンジントルクの応答性が高くなり、即座にエンジントルクを出力することができる。一方、ハイブリッド車両１の車速が低いときには、乗り心地を向上するために、エンジントルクの応答性よりも振動の抑制が要求される。そのため、ハイブリッド車両１の車速が低いときには、バルブ量および作用角の少なくとも一方が大きくなることによって、デコンプ作用が発生し、エンジン始動に伴う振動を抑制することができる。したがって、この実施の形態によれば、走行状況に応じて適切なエンジン始動を実現することができる。

なお、この実施の形態においては、ＥＶモードでの走行中にエンジン１００の始動が要求された場合に、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角の少なくとも一方をハイブリッド車両１の車速に応じて設定するようにＶＶＬ装置４００が制御され、エンジン１００が始動されてもよい。この場合も、上記と同様に走行状況に応じて適切なエンジン始動を実現することができる。

また、この実施の形態においては、ハイブリッド車両１がＥＶモードにて走行している場合にエンジン１００の始動が要求された場合に、ハイブリッド車両１の車速が高いほど吸気バルブ１１８のリフト量および作用角の少なくとも一方が小さくなるようにＶＶＬ装置４００が制御されてもよい。言い換えると、ハイブリッド車両１の車速が高くなるにつれて吸気バルブ１１８のリフト量および作用角の少なくとも一方が連続的に単調減少するようにＶＶＬ装置４００が制御されてもよい。この場合、車速が高いほどトルクの応答性を確保し、車速が低いほどエンジン振動を抑制することができる。

なお、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角は、連続的に（無段階に）変更されてもよいし、離散的に（段階的に）変更されてもよい。

図１２は、吸気バルブ１１８の作動特性を３段階に変更可能なＶＶＬ装置４００Ａにおいて実現されるバルブ変位量とクランク角の関係を示す図である。ＶＶＬ装置４００Ａは、第１〜第３の特性のいずれかに作動特性を変更可能に構成される。第１の特性は、波形ＩＮ１ａで示される。第２の特性は、波形ＩＮ２ａで示され、作動特性が第１の特性であるときよりもリフト量および作用角が大きい。第３の特性は、波形ＩＮ３ａで示され、作動特性が第２の特性であるときよりもリフト量および作用角が大きい。

図１３は、図１２に示す作動特性を有するＶＶＬ装置４００Ａを備えるエンジン１００Ａの動作線を示す図である。図１３においては、横軸にはエンジン回転数が示され、縦軸にはエンジントルクが示される。なお、図１３における一点鎖線は、第１〜第３の特性（ＩＮ１ａ〜ＩＮ３ａ）に対応するトルク特性を示す。また、図１３において実線で表わされる円は、等燃費線を示す。等燃費線は、燃料消費量が等しい点を結んだ線であり、円の中心に近づくほど、燃費が向上する。エンジン１００Ａは、基本的には、図１３に実線で表わされるエンジン動作線上で運転されるものとする。

ここで、領域Ｒ１で示される低回転域では、エンジン始動時のショックを低減することが重要となる。また、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスの導入が停止され、アトキンソンサイクルによる燃費の向上が図られる。よって、リフト量および作用角が大きくなるように吸気バルブ１１８の作動特性として第３の特性（ＩＮ３ａ）が選択される。領域Ｒ２で示される中回転域では、ＥＧＲガスの導入量の増加による燃費の向上が図られる。よって、リフト量および作用角が中間となるように吸気バルブ１１８の作動特性として第２の特性（ＩＮ２ａ）が選択される。

すなわち、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角が大きい場合（第３の特性）は、ＥＧＲガスの導入による燃費向上よりもアトキンソンサイクルによる燃費向上が優先される。一方、中間のリフト量および作用角が選択された場合（第２の特性）は、アトキンソンサイクルによる燃費向上よりもＥＧＲガスの導入による燃費向上が優先される。

領域Ｒ３で示される高回転域では、吸気慣性によって多量の空気をシリンダ内へ導入し、実圧縮比の上昇による出力性能の向上が図られる。よって、リフト量および作用角が大きくなるように吸気バルブ１１８の作動特性として第３の特性（ＩＮ３ａ）が選択される。

また、エンジン１００Ａが低回転域において高負荷運転されるとき、エンジン１００Ａが極低温において始動されるとき、または触媒が暖機されるときは、リフト量および作用角が小さくなるように吸気バルブ１１８の作動特性として第１の特性（ＩＮ１ａ）が選択される。このように、エンジン１００Ａの運転状態に応じてリフト量および作用角が決定される。

図１４は、図１２に示す作動特性を有するＶＶＬ装置４００Ａを制御する制御装置２００Ａが実行する吸気バルブ制御の制御構造を示すフローチャートである。図１４を参照して、Ｓ１００〜Ｓ１１０については、図１１のフローチャートと同様であるので説明を繰り返さない。

Ｓ１１０にてハイブリッド車両１の車速が所定値Ｘ以上であると判定された場合は(Ｓ１１０にてＹＥＳ)、制御装置２００Ａは、吸気バルブ１１８の作動特性を第１の特性（ＩＮ１ａ）に設定するようにＶＶＬ装置４００Ａを制御する（Ｓ１２５）。

一方、ハイブリッド車両１の車速が所定値Ｘよりも低いと判定された場合は(Ｓ１１０にてＮＯ)、制御装置２００Ａは、吸気バルブ１１８の作動特性を第３の特性（ＩＮ３ａ）に設定するようにＶＶＬ装置４００Ａを制御する（Ｓ１３５）。

このような構成においては、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角の作動特性が３つに限られるため、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角が連続的に変化する場合に比べ、エンジン１００Ａの運転状態を制御するための制御パラメータの適合に要する時間を低減することができる。さらに、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角を変更するためのアクチュエータに必要とされるトルクが低減するため、アクチュエータを小型化し軽量化することができる。このため、アクチュエータの製造コストを低減することができる。

図１５は、吸気バルブ１１８の作動特性を２段階に変更可能なＶＶＬ装置４００Ｂにおいて実現されるバルブ変位量とクランク角の関係を示す図である。ＶＶＬ装置４００Ｂは、第１および第２の特性のいずれかに作動特性を変更可能に構成される。第１の特性は、波形ＩＮ１ｂで示される。第２の特性は、波形ＩＮ２ｂで示され、作動特性が第１の特性であるときよりもリフト量および作用角が大きい。

この場合、エンジン１００の始動が要求されたときの車速が所定値Ｘ以上である場合に、吸気バルブ１１８の作動特性が第１の特性となるようにＶＶＬ装置４００Ｂが制御され、エンジン１００の始動が要求されたときの車速が所定値Ｘよりも低い場合に、吸気バルブ１１８の作動特性が第２の特性となるようにＶＶＬ装置４００Ｂが制御される。

このような構成においては、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角の作動特性が２つに限られるため、エンジン１００の運転状態を制御するための制御パラメータの適合に要する時間をさらに低減することができる。さらに、アクチュエータの構成をより簡素化することができる。なお、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角の作動特性は、２段階または３段階に変更される場合に限られず、４段階以上の任意の段階に変更されてもよい。

なお、上記の実施の形態においては、吸気バルブ１１８のリフト量とともに作用角が変更される場合を説明したが、この発明は、吸気バルブ１１８のリフト量のみが変更可能な構成にも適用可能であり、吸気バルブ１１８の作用角のみが変更可能な構成にも適用可能である。吸気バルブ１１８のリフト量および作用角のいずれかが変更可能な構成においても、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角の双方が変更可能である場合と同様な効果を得ることができる。なお、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角のいずれかが変更可能な構成は、周知の技術を利用して実現することができる。

なお、上記の実施の形態においては、動力分割装置４によりエンジン１００の動力を駆動輪６とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とに分割して伝達可能なシリーズ／パラレル型のハイブリッド車両について説明したが、この発明は、その他の形式のハイブリッド車両にも適用可能である。すなわち、たとえば、モータジェネレータＭＧ１を駆動するためにのみエンジン１００を用い、モータジェネレータＭＧ２でのみ車両の駆動力を発生する、いわゆるシリーズ型のハイブリッド車両や、エンジン１００が生成した運動エネルギーのうち回生エネルギーのみが電気エネルギーとして回収されるハイブリッド車両、エンジンを主動力として必要に応じてモータがアシストするモータアシスト型のハイブリッド車両などにもこの発明は適用可能である。また、モータを切り離してエンジンのみの動力によって走行するハイブリッド車両にもこの発明は適用可能である。

なお、上記において、エンジン１００は、この発明における「内燃機関」の一実施例に対応し、モータジェネレータＭＧ２は、この発明における「回転電機」の一実施例に対応する。また、ＶＶＬ装置４００は、この発明における「可変動弁装置」の一実施例に対応する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ ハイブリッド車両、４ 動力分割装置、５ 減速機、６ 駆動輪、２０ ＰＣＵ、１００ エンジン、１０２ エアクリーナ、１０４ スロットルバルブ、１０６ シリンダ、１０８ インジェクタ、１１０ 点火プラグ、１１２ 三元触媒、１１４ ピストン、１１６ クランクシャフト、１１８ 吸気バルブ、１２０ 排気バルブ、１２２，１２４ カム、１２８ ロッカアーム、１３０ カムシャフト、２００ 制御装置、２０１ 走行制御部、２０２ 動弁制御部、３００ カム角センサ、３０２ クランク角センサ、３０４ ノックセンサ、３０６ スロットル開度センサ、３０８ 車速センサ、３１２ スロットルモータ、４００ ＶＶＬ装置、４１０ 駆動軸、４１２ 係止ピン、４２０ 支持パイプ、４３０ 入力アーム、４３２ アーム部、４３４ ローラ部、４４０ 揺動カム、４４２ ノーズ部、４４４ カム面、４５０ スライダギヤ、４５２，４５４ ヘリカルギヤ、４５６ 長穴、Ｂ 蓄電装置、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ。

Claims (5)

1. ハイブリッド車両の制御装置であって、
   前記ハイブリッド車両は、
   吸気バルブの作動特性を変更するための可変動弁装置を有する内燃機関と、
   走行駆動力を発生する回転電機とを含み、
   前記制御装置は、
   前記内燃機関を停止して前記回転電機の駆動力を用いて走行するための走行制御を実行する走行制御部と、
   前記可変動弁装置を制御する動弁制御部とを備え、
   前記走行制御の実行中に前記内燃機関が始動される場合に、前記ハイブリッド車両が第１の車速で走行しているときは、前記動弁制御部は、前記ハイブリッド車両が前記第１の車速よりも低い第２の車速で走行しているときよりも前記吸気バルブのリフト量および前記吸気バルブの作用角の少なくとも一方を小さくするように前記可変動弁装置を制御し、前記走行制御部は、前記内燃機関を始動する、ハイブリッド車両の制御装置。
2. 前記可変動弁装置は、前記吸気バルブの作動特性を、第１の特性と、前記作動特性が前記第１の特性であるときよりも前記リフト量および前記作用角の少なくとも一方が大きい第２の特性とのいずれかに切替可能に構成され、
   前記走行制御の実行中に前記内燃機関の始動が要求された場合に、前記動弁制御部は、前記内燃機関の始動が要求されたときの車速が所定値以上である場合に、前記吸気バルブの作動特性が前記第１の特性となるように前記可変動弁装置を制御し、前記内燃機関の始動が要求されたときの車速が前記所定値よりも低い場合に、前記吸気バルブの作動特性が前記第２の特性となるように前記可変動弁装置を制御し、前記走行制御部は、前記内燃機関を始動する、請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
3. 前記可変動弁装置は、前記吸気バルブの作動特性を、第１の特性と、前記作動特性が前記第１の特性であるときよりも前記リフト量および前記作用角の少なくとも一方が大きい第２の特性と、前記作動特性が前記第２の特性であるときよりも前記リフト量および前記作用角の少なくとも一方が大きい第３の特性とのうちのいずれかに切替可能に構成され、
   前記走行制御の実行中に前記内燃機関の始動が要求された場合に、前記動弁制御部は、前記内燃機関の始動が要求されたときの車速が所定値以上である場合に、前記吸気バルブの作動特性が前記第１の特性となるように前記可変動弁装置を制御し、前記内燃機関の始動が要求されたときの車速が前記所定値よりも低い場合に、前記吸気バルブの作動特性が前記第３の特性となるように前記可変動弁装置を制御し、前記走行制御部は、前記内燃機関を始動する、請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
4. 前記走行制御の実行中に前記内燃機関の始動が要求された場合に、前記動弁制御部は、前記ハイブリッド車両の車速が高いほど前記吸気バルブのリフト量および作用角の少なくとも一方が小さくなるように前記可変動弁装置を制御し、前記走行制御部は、前記内燃機関を始動する、請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
5. ハイブリッド車両の制御方法であって、
   前記ハイブリッド車両は、
   吸気バルブの作動特性を変更するための可変動弁装置を有する内燃機関と、
   走行駆動力を発生する回転電機とを含み、
   前記制御方法は、
   前記内燃機関を停止して前記回転電機の駆動力を用いて走行するための走行制御を実行するステップと、
   前記走行制御の実行中に前記内燃機関が始動される場合に、前記ハイブリッド車両が第１の車速で走行しているときは、前記動弁制御部は、前記ハイブリッド車両が前記第１の車速よりも低い第２の車速で走行しているときよりも前記吸気バルブのリフト量および前記吸気バルブの作用角の少なくとも一方を小さくするように前記可変動弁装置を制御するステップと、
   前記内燃機関を始動するステップとを含む、ハイブリッド車両の制御方法。

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