JP2015174630A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの温度に関わらずエンジンの始動性を向上させる。
【解決手段】ハイブリッド車両である車両のＥＣＵは、ＩＶＣ作動角を可変とするエンジンを備える車両の制御装置である。ＥＣＵは、車速センサからの信号に基づいて車速を検出し、エンジンを停止させる際（Ｓ１１２でＹＥＳの場合）に車速がＶ１より高いと検出されている場合（Ｓ１１３でＮＯの場合）は、ＩＶＣ作動角を作動角θ２に遅角させる（Ｓ１１５）一方、車速がＶ１より低いと検出されている場合（Ｓ１１３でＹＥＳの場合）は、ＩＶＣ作動角を作動角θ２よりも早い時期に対応する作動角θ１に進角させる（Ｓ１１４）。
【選択図】図４

Description

この発明は、吸気弁の閉弁時期に対応する作動角を可変とする内燃機関を備えるハイブリッド車両の制御装置に関する。

従来、１つのモータを備えるハイブリッド車両において、走行中のエンジン（以下「内燃機関」ともいう）の停止要求時に、可変バルブタイミング機構（以下「ＶＶＴ（Variable Valve Timing System）」という）により吸気弁の閉弁時期（以下「ＩＶＣ（Intake Valve Close）」という）に対応する作動角（以下「ＩＶＣ作動角」という）を遅角させるものがあった（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１９０７６８号公報

しかし、極低温時のエンジンの始動時に、特許文献１のようにＩＶＣ作動角が遅角された状態であると、エンジンの燃焼トルクが低くなる。また、極低温時にはエンジンオイルの粘度が高く、フリクションが大きいので、エンジンの始動に要するトルク（以下「始動トルク」という）が高くなる。このため、始動トルクに対する燃焼トルクの不足により、エンジンの始動性が悪くなるといった問題があった。

この発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、内燃機関の温度に関わらず内燃機関の始動性を向上させることが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供することである。

上述の目的を達成するために、この発明のある局面によれば、ハイブリッド車両の制御装置は、吸気弁の閉弁時期に対応する作動角を可変とする内燃機関を備えるハイブリッド車両の制御装置である。制御装置は、車速を検出する検出部と、作動角を制御する制御部とを備える。制御部は、内燃機関を停止させる際に検出部によって検出されている車速が所定値より高い場合は、作動角を第１作動角に遅角させる一方、車速が所定値より低い場合は、作動角を第１作動角よりも早い時期に対応する第２作動角に進角させる。

この発明に従えば、車速が所定値より高いと、吸気弁の閉弁時期に対応する作動角が第１作動角に遅角される一方、車速が所定値より低いと、第１作動角よりも早い時期に対応する第２作動角に進角される。

内燃機関を停止させる際に車速が高い場合は、内燃機関の停止後に暖機された状態のままで内燃機関が再始動される可能性が高い。このような場合に、吸気弁の閉弁時期が遅角されているので、始動トルクが低くなり、始動性を向上させることができる。

また、車速が低くなった場合は、内燃機関の停止後に車両の運転が停止され、次に運転が開始されるまで放置されることによって、内燃機関が暖機されていない状態となる可能性がある。このような場合に、吸気弁の閉弁時期に対応する作動角が進角されて、始動直後の燃焼トルクが高くなるので、内燃機関が暖機されていない状態においても、始動性を向上させることができる。

その結果、内燃機関の温度に関わらず内燃機関の始動性を向上させることが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供することができる。

ハイブリッド車両の構成を示す図である。 ＩＶＣ作動角とエンジンの始動トルクとの関係を示すグラフである。 ＭＧの発生トルク、ＩＶＣ作動角の進角時の燃焼トルク、ＩＶＣ作動角の遅角時の燃焼トルク、および、極低温時のエンジンのフリクショントルクの回転数とトルクとの関係を示すグラフである。 ＥＣＵにより実行されるＩＶＣ制御関連処理の流れを示すフローチャートである。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１を参照して、本実施の形態に係るハイブリッド車両である車両１は、エンジン１０と、ＶＶＴ１４と、エンジンオイルポンプ１６と、Ｋ０クラッチ１２と、モータージェネレータ（以下、ＭＧ（Moter Generator）という）２２と、自動変速機２３と、トルクコンバータ２４と、油圧回路２６と、ＰＣＵ（Power Control Unit）４０と、バッテリ４２と、駆動輪７２と、車速センサ１８と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００とを含む。

エンジン１０の出力軸であるクランク軸と、ＭＧ２２の回転軸とは、Ｋ０クラッチ１２を介在して連結される。ＭＧ２２の回転軸は、トルクコンバータ２４の入力軸に連結される。トルクコンバータ２４の出力軸は、自動変速機２３の入力軸に連結される。自動変速機２３の出力軸は、駆動輪７２に連結される。

車速センサ１８は、車速に比例した自動変速機２３の出力軸の回転速度を検出し、検出した回転速度を示す信号をＥＣＵ１００に送信する。ＥＣＵ１００は、車速センサ１８からの信号に基づいて車両１の車速を検出する。

ＭＧ２２は、たとえば、三相交流回転電機である。ＭＧ２２は、バッテリ４２からＰＣＵ４０を経由して供給される電力によって駆動される。ＭＧ２２は、車両１の駆動力を発生させるモータとしての機能と、エンジン１０を始動させるスタータとしての機能とを有する。

エンジン１０は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関である。エンジン１０は、ＶＶＴ１４とエンジンオイルポンプ１６とを有する。エンジンオイルポンプ１６は、エンジン１０の駆動力によって駆動される機械的なオイルポンプである。エンジンオイルポンプ１６は、エンジン１０のＶＶＴ１４を含む各作動部分を潤滑するために、エンジンオイルをエンジン１０の各部に循環させる。

ＶＶＴ１４は、ＥＣＵ１００からの制御信号に基づいて制御され、少なくとも吸気バルブの閉弁時期（ＩＶＣ）に対応する作動角を変更する。なお、バルブを開閉させるカムの形状が一定である場合、吸気バルブの閉弁時期を変更すると、それに応じて、開弁時期も変更される。また、ＶＶＴ１４は、排気バルブの開弁時期および閉弁時期も変更するようにしてもよい。

油圧回路２６は、ＥＣＵ１００からの制御信号に基づいて、Ｋ０クラッチ１２および自動変速機２３に作動油を供給する。

Ｋ０クラッチ１２は、油圧回路２６から循環される油圧により作動する。Ｋ０クラッチ１２は、エンジン１０とＭＧ２２との間を動力伝達状態にする場合に係合し、エンジン１０とＭＧ２２との間を動力遮断状態にする場合に解放する。

Ｋ０クラッチ１２は、油圧回路２６から供給される作動油の供給量に応じた油圧によりクラッチピストンが移動させられて、動力の受け渡しを行なう２つの回転体（摩擦材が設けられたドライブプレートおよびドリブンプレート）との間で摩擦が発生して互いの相対回転がなくなるように力が働くことにより係合する（すなわち、２つの回転体の回転が同期する）。

ＥＣＵ１００は、車両１の運転状態に応じて、Ｋ０クラッチ１２を係合または解放するように油圧回路２６を制御する。

ＥＣＵ１００は、エンジン１０の作動が要求されると、Ｋ０クラッチ１２を係合することによって、ＭＧ２２の回転軸の回転によりエンジン１０をクランキングする。その後、点火することでエンジン１０が作動する。車両１は、ＭＧ２２の動力に加えてエンジン１０の動力を用いて走行することができる。また、エンジン１０の動力を用いてＭＧ２２が発電した電力をバッテリ４２に供給することも可能となる。

一方、ＥＣＵ１００は、エンジン１０の停止が要求されると、Ｋ０クラッチ１２を解放するとともに、エンジン１０の作動を停止させるため燃料噴射を停止させる。

ＥＣＵ１００は、車両１の運転状態に応じてエンジン１０の作動を要求したり、エンジン１０の停止を要求したりする。

以上のような構成を有する車両１において、図２に示すようにＩＶＣ作動角が遅角側である場合の方が進角側である場合よりも、始動トルクが低くなる傾向がある。

この理由は、次のとおりである。ＩＶＣ作動角を遅角させた場合には、圧縮工程において下死点からシリンダが密閉されるまでの時間が長くなり、吸気量が減る。これにより、吸気のコンプレッション圧が下がるので、エンジン１０を始動させるために必要な始動トルク（クランキングトルク）が低くてすむ。このため、通常の暖機状態においては、ＩＶＣ作動角が遅角された状態で、エンジン１０が再始動される場合に、再始動性が良くなる。また、始動トルクが低くてすむので、ＭＧ２２によるエンジン１０の始動のアシスト量も軽減できる。なお、図２のグラフは線形となっているが、これには限定されない。

しかし、コンプレッション圧が下がると、圧縮比が下がってしまうため、燃焼力は低くなる。図３を参照して、グラフＢ，Ｃは、それぞれ、ＩＶＣ作動角の進角時および遅角時の燃焼トルクを示す。グラフＢ，Ｃを参照して、ＩＶＣ作動角の遅角時の方が燃焼力が低くなる結果、燃焼トルクが低くなる。

グラフＡは、ＭＧ２２の発生トルクを示す。グラフＤは、極低温時のエンジン１０のフリクショントルクを示す。温度が低いほどエンジンオイルの粘度が高くなるため、機械的摩擦損失によりフリクショントルクは高くなる。

エンジン１０の始動時には、極低温時であっても、ＭＧ２２の発生トルクの方が、エンジン１０のフリクショントルクよりも高い場合には、ＭＧ２２のクランキングによりエンジン１０を始動することができる。ＩＶＣ作動角が進角された状態（グラフＢ）であれば、燃焼トルクがフリクショントルクよりも高くなるので、エンジン１０は安定して回転する。

しかし、極低温時のエンジン１０の始動時に、ＩＶＣ作動角が遅角された状態（グラフＣ）であれば、燃焼トルクがフリクショントルクよりも低くなる場合があるため、エンジン１０が自立して回転し難くなる。また、このような場合、エンジン１０が暖機されていないうちは、エンジンオイルの粘度が高くなるため、本実施の形態にようにエンジンオイルの油圧で駆動するＶＶＴ１４を有する構成では、ＩＶＣ作動角を進角させるのに時間が掛かる。また、電動で駆動するＶＶＴの場合であっても摺動部分などでエンジンオイルの粘度によるフリクションの影響が出るので、油圧で駆動するＶＶＴ１４の場合ほどではないが、ＩＶＣ作動角を進角させるのに時間が掛かる。このため、ＩＶＣ作動角を進角させるのが間に合わなかった場合は、エンジン１０がストールしてしまう可能性がある。

このような極低温時の状況においてもＶＶＴ１４が安定して作動可能なように、能力の高いエンジンオイルポンプ１６を取付けることも考えられる。しかし、この場合、エンジンオイルポンプ１６が大きくなるため、設置スペースなどの問題や、コストが高くなるといった問題も生じ得る。

そこで、本実施の形態においては、ＥＣＵ１００が、車速センサ１８からの信号に基づいて車速を検出し、車速が所定車速Ｖ１より高いと検出されている場合は、ＩＶＣ作動角を作動角θ２に遅角させる一方、低いと検出されている場合は、ＩＶＣ作動角を作動角θ２よりも早い時期に対応する作動角θ１に進角させる。

作動角θ１は、エンジン１０が暖機されていない状態における始動に適した作動角であり、ＩＶＣ作動角の変化可能な範囲（以下「所定範囲」という）のうち、比較的進角側の所定の作動角（最進角の作動角を含む）である。作動角θ１は、当該車両１が使用される地域における最低気温において始動に適した作動角であってもよい。この場合、作動角θ１は、所定範囲のうちの、最低気温におけるフリクショントルクに対して余裕を持った燃焼トルクが発生する作動角（つまり、コンプレッション圧が比較的高くなる作動角）とされる。

作動角θ２は、エンジン１０が暖機されている状態における始動に適した作動角であり、所定範囲のうちの、比較的遅角側の所定の作動角（最遅角の作動角を含む）である。この場合、作動角θ２は、所定範囲のうちの、始動トルクが比較的低くなる作動角（つまり、コンプレッション圧が比較的低くなる作動角）とされる。なお、作動角θ２は、作動角θ１よりも大きい。

このように、車速に応じてＩＶＣ作動角を遅角させたり進角させたりすることによって、エンジン１０の温度に関わらずエンジン１０の始動性を向上させることができる。

このような制御を実現するために、具体的には以下のＩＶＣ関連制御処理が実行される。図４を参照して、ＩＶＣ関連制御処理は、ＥＣＵ１００によって実行されるメイン処理から、繰返し、呼出されて実行される。

ＩＶＣ関連制御処理において、ＥＣＵ１００は、エンジン１０が停止中であるか否かを判断する（ステップ（以下、ステップをＳと記載する）１１１）。ここで、エンジン１０の停止の状態とは、エンジン１０の回転が完全に停止している状態だけでなく、エンジン１０の点火が停止された後に慣性でエンジン１０が回転している状態も含む。エンジン１０が停止中でない（Ｓ１１１でＮＯ）と判断した場合、ＥＣＵ１００は、エンジン１０を停止させる制御条件が成立したか否かを判断する（Ｓ１１２）。エンジン１０を停止させる制御条件とは、たとえば、走行負荷が所定値未満となったという条件、および、車速が０であるという条件など、エンジン１０を作動させておく必要がない状況を示す条件である。

エンジン１０を停止させる制御条件が成立していない（Ｓ１１２でＮＯ）と判断した場合、ＥＣＵ１００は、実行する処理をメイン処理に戻す。一方、この条件が成立した（Ｓ１１２でＹＥＳ）と判断した場合、ＥＣＵ１００は、車速センサ１８からの信号に基づいて車速がＶ１以下であるか否か、つまり、車速がＶ１以下であるかＶ１超であるかを判断する（Ｓ１１３）。本実施の形態においては、Ｖ１は、Ｖ１以下となってから車両１を停止させるまでにＩＶＣ作動角を作動角θ１に進角するのに要する時間を確保するのに十分な速度である。

車速がＶ１以下である（Ｓ１１３でＹＥＳ）と判断した場合、ＥＣＵ１００は、ＩＶＣ作動角を作動角θ１に進角させるよう、ＶＶＴ１４を制御する（Ｓ１１４）。なお、ＩＶＣ作動角が既に作動角θ１となっている場合は、ＩＶＣ作動角を変化させない。

一方、車速がＶ１超である（Ｓ１１３でＮＯ）と判断した場合、ＥＣＵ１００は、ＩＶＣ作動角を作動角θ２に遅角させるよう、ＶＶＴ１４を制御する（Ｓ１１５）。なお、ＩＶＣ作動角が既に作動角θ２となっている場合は、ＩＶＣ作動角を変化させない。

Ｓ１１４またはＳ１１５の後、ＥＣＵ１００は、エンジン１０を停止させ（Ｓ１１６）、その後、実行する処理をメイン処理に戻す。

一方、エンジン１０が停止中である（Ｓ１１１でＹＥＳ）と判断した場合、ＥＣＵ１００は、車速センサ１８からの信号に基づいて車速がＶ１以下であるか否か、つまり、車速がＶ１以下であるかＶ１超であるかを判断する（Ｓ１２１）。

車速がＶ１以下である（Ｓ１２１でＹＥＳ）と判断した場合、ＥＣＵ１００は、ＩＶＣ作動角が作動角θ１超であるか否かを判断する（Ｓ１２２）。ＩＶＣ作動角が作動角θ１超である（Ｓ１２２でＹＥＳ）と判断した場合、ＥＣＵ１００は、Ｋ０クラッチ１２を弱めに係合させるよう制御する（弱掴み制御をする）（Ｓ１２３）。この制御により、エンジンオイルポンプ１６の供給圧力がＶＶＴ１４を駆動させるのに必要最小限の油圧に上昇するまでの間、停止中のエンジン１０の回転が、ＭＧ２２の側からの駆動力によって、たとえば４００ｒｐｍ程度まで一時的に上昇させられる。これにより、エンジンオイルポンプ１６が駆動され、ＶＶＴ１４に供給される油圧が上昇する。

Ｓ１２３の後、エンジンオイルポンプ１６の供給圧力が所定圧力まで上昇するための所定時間（たとえば、５００ｍｓ程度）が経過した場合、ＥＣＵ１００は、ＩＶＣ作動角を作動角θ１に進角させるよう、ＶＶＴ１４を制御する（Ｓ１２４）。

Ｓ１２４の後、ＥＣＵ１００は、Ｋ０クラッチ１２を解放するよう制御する（Ｓ１２５）。

車速がＶ１超でない（Ｓ１２１でＮＯ）と判断した場合、ＩＶＣ作動角が作動角θ１超でない（Ｓ１２２でＮＯ）と判断した場合、または、Ｓ１２５の後、ＥＣＵ１００は、エンジン１０を始動させる制御条件が成立したか否かを判断する（Ｓ１３１）。エンジン１０を始動させる制御条件とは、たとえば、要求駆動力が所定値以上となったという条件、アクセル開度が所定値以上となったという条件、および、バッテリ４２のＳＯＣ（State of Charge）が所定値未満となったという条件などである。エンジン１０を始動させる条件が成立した（Ｓ１３１でＹＥＳ）と判断した場合、ＥＣＵ１００は、エンジン１０を始動させる（Ｓ１３２）。

一方、エンジン１０を始動させる条件が成立していない（Ｓ１３１でＮＯ）と判断した場合、ＥＣＵ１００は、ハイブリッドシステムを起動または停止させるためのパワースイッチが操作されることで、エンジン１０およびＭＧ２２を含むハイブリッドシステムを停止する要求があったか否かを判断する（Ｓ１３３）。この要求があった（Ｓ１３３でＹＥＳ）と判断した場合、ＥＣＵ１００は、ハイブリッドシステムを停止させるよう制御する（Ｓ１３４）。ハイブリッドシステムが停止されると、バッテリ４２からＭＧ２２やエンジン１０の点火プラグに電力が供給されない状態とされる。

ハイブリッドシステムを停止する要求がない（Ｓ１３３でＮＯ）と判断した場合、および、Ｓ１３４の後、ＥＣＵ１００は、実行する処理をメイン処理に戻す。

［実施の形態のまとめ］
（１） 以上、説明したように、この実施の形態のハイブリッド車両である車両１のＥＣＵ１００は、ＩＶＣ作動角を可変とするエンジン１０を備える車両１の制御装置である。ＥＣＵ１００は、車速センサ１８からの信号に基づいて車速を検出し、エンジン１０を停止させる際（図４のＳ１１２でＹＥＳの場合）に車速がＶ１より高いと検出されている場合（図４のＳ１１３でＮＯの場合）は、ＩＶＣ作動角を作動角θ２に遅角させる（図４のＳ１１５）一方、車速がＶ１より低いと検出されている場合（図４のＳ１１３でＹＥＳの場合）は、ＩＶＣ作動角を作動角θ２よりも早い時期に対応する作動角θ１に進角させる（図４のＳ１１４）。

これにより、車速がＶ１より高いと、ＩＶＣ作動角が作動角θ２に遅角される一方、車速がＶ１より低いと、ＩＶＣ作動角が作動角θ２よりも早い時期に対応する作動角θ１に進角される。

エンジンの停止させる際に車速が高い場合は、エンジン１０の停止後に暖機された状態のままでエンジン１０が再始動される可能性が高い。このような場合に、ＩＶＣ作動角が遅角されているので、始動トルクが低いため、始動性を向上させることができる。

また、車速が低くなった場合は、エンジン１０の停止後に車両１の運転が停止され、次に運転が開始されるまで放置され、エンジン１０が暖機されていない状態となる可能性がある。このような場合に、ＩＶＣ作動角が進角されて、始動直後の燃焼トルクがフリクショントルクよりも高くなるので、エンジン１０が暖機されていない状態においても、始動性を向上させることができる。その結果、エンジン１０の温度に関わらずエンジン１０の始動性を向上させることができる。

（２） また、エンジン１０が停止している際（図４のＳ１１１でＹＥＳの場合）に、検出した車速がＶ１より低いと検出されている場合（図４のＳ１２１でＹＥＳの場合）、ＩＶＣ作動角を作動角θ１に進角させる（図４のＳ１２３）。

エンジン１０が停止しており、かつ、車速が低くなっている場合は、さらに、車両１の運転が停止される可能性が高い状態である。このような状況においても、ＩＶＣ作動角が進角されるので、その後、放置されてエンジン１０が暖機されていない状態になった場合においても、始動時の始動性を向上させることができる。

［変形例］
次に上述した実施の形態の変形例を説明する。

（１） 前述した実施の形態においては、着火始動を行なうエンジン１０において、ＩＶＣ作動角を遅角させてコンプレッション圧を下げて着火始動を行なうものに適している。しかし、これに限定されず、前述した実施の形態の内容は、他のタイプのハイブリッド車両にも適用可能であり、たとえば、アイドリングストップ機能を備えたハイブリッド車両などにも適用可能である。

（２） 前述した実施の形態においては、ステップＳ１１３およびステップＳ１２１での判断における車速の基準が同じＶ１であることとした。しかし、これに限定されず、車速の基準が異なる車速であってもよい。

（３） 前述した実施の形態においては、ＶＶＴ１４がエンジンオイルポンプ１６からの油圧で動作させられることとした。しかし、これに限定されず、ＶＶＴ１４が電動で動作させられることとしてもよい。また、ＶＶＴ１４が電動オイルポンプからの油圧で動作させられることとしてもよい。これらの場合は、図４のＳ１２３，Ｓ１２５で説明したようなＫ０クラッチ１２を係合させてＶＶＴ１４に供給する油圧を上げるための処理を行なう必要はなくなる。

（４） 前述した実施の形態においては、たとえば、図４のＳ１１３，Ｓ１２１で、Ｖ１以下またはＶ１超であるかを判断するようにした。しかし、これに限定されず、Ｖ１未満またはＶ１以上であるかを判断するようにしてもよい。このように、「以下」および「超」の組合せおよび「未満」および「以上」の組合せをそれぞれ入替えてもよい。

（５） 前述した実施の形態の図４のＳ１２３において、エンジン１０の側へのトルクの伝達のために車両１に負の加速度が現れないように、ＭＧ２２の発生トルクを上昇させる制御してもよい。特に、低車速（たとえば、前述の車速Ｖ１以下）からのエンジン１０の始動では、低車速でない場合よりもコンプレッション圧が高くなるので、ＭＧ２２の発生トルクをより上昇させる必要がある。

ＭＧ２２の発生トルクを上昇させるのは、ＭＧ２２のトルクに余裕があるときが好ましいので、たとえば、アクセルがオフにされて減速しているとき、または、ＭＧ２２の回生中であることが好ましい。このため、図４のＳ１２１で、車速Ｖ１以下であるかの判断に加えて、ＭＧ２２のトルクに余裕があるときであるかの判断を行なうようにしてもよい。そして、ＭＧ２２のトルクの余裕があると判断したときに、Ｓ１２３で、エンジン１０側にトルクを伝達するための処理を行なうようにすればよい。

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 車両、１０ エンジン、１２ Ｋ０クラッチ、１４ ＶＶＴ、１６ エンジンオイルポンプ、１８ 車速センサ、２２ モータジェネレータ、２３ 自動変速機、２４ トルクコンバータ、２６ 油圧回路、４０ ＰＣＵ、４２ バッテリ、７２ 駆動輪、１００ ＥＣＵ。

Claims (1)

1. 吸気弁の閉弁時期に対応する作動角を可変とする内燃機関を備えるハイブリッド車両の制御装置であって、
   車速を検出する検出部と、
   前記作動角を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記内燃機関を停止させる際に前記検出部によって検出されている車速が所定値より高い場合は、前記作動角を第１作動角に遅角させる一方、車速が前記所定値より低い場合は、前記作動角を前記第１作動角よりも早い時期に対応する第２作動角に進角させる、ハイブリッド車両の制御装置。

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