JP2016205195A - ハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気バルブの開弁タイミングを遅角させるデコンプ制御を伴なうエンジン停止処理中にエンジン再始動要求があった場合にエンジンを速やかに再始動させる。
【解決手段】吸気バルブの開弁タイミングを電動ＶＶＴ装置によって変更可能なエンジンを備えるハイブリッド車両において、制御装置は、エンジンを停止させるエンジン停止処理中に、吸気バルブの開弁タイミングを最遅角にするように電動ＶＶＴ装置を制御するデコンプ制御を実行する。制御装置は、エンジン停止処理中にエンジン再始動要求があった場合、吸気バルブの開弁タイミングを最遅角よりも進角させるように電動ＶＶＴ装置を制御する。
【選択図】図４

Description

本発明は、吸気バルブの開弁タイミングを電動アクチュエータによって変更可能なエンジンと、モータとの少なくとも一方の動力を用いて走行可能なハイブリッド車両に関する。

特開２００６−２３３８４１号公報（特許文献１）には、吸気バルブの開弁タイミングを変更可能なエンジンと、モータとの少なくとも一方の動力を用いて走行可能なハイブリッド車両において、エンジンの停止処理中に吸気バルブの開弁タイミングを遅角側に変化させる制御（以下「デコンプ制御」ともいう）を実行する。これにより、次にエンジンを始動する際にエンジンに吸入される空気流量が少なくなりエンジントルクが抑えられるため、始動時のショックが抑制される。

特開２００６−２３３８４１号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたハイブリッド車両において、デコンプ制御の実行後であってかつエンジンが完全に停止する前にエンジン再始動要求があった場合、吸気バルブの開弁タイミングがデコンプ制御用に設定された遅角側の開弁タイミングとされた状態（すなわち吸入空気流量が少ない状態）であるため、エンジンの再始動に必要な十分なエンジントルクが即座には得られず、エンジンを速やかに再始動させることができないという問題が生じる。

本発明は、上述の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、デコンプ制御の実行後であってかつエンジンが停止する前にエンジン再始動要求があった場合においても、エンジンを速やかに再始動させることである。

この発明に係るハイブリッド車両は、エンジンおよびモータの少なくとも一方の動力を用いて走行可能なハイブリッド車両であって、エンジンの吸気バルブの開弁タイミングを変更可能な電動アクチュエータと、エンジンを停止させるエンジン停止処理中に、吸気バルブの開弁タイミングを遅角側に変化させるように電動アクチュエータを制御するデコンプ制御を実行する制御装置とを備える。制御装置は、デコンプ制御の実行後であってかつエンジンが停止する前にエンジンの再始動要求があった場合、吸気バルブの開弁タイミングを進角側に変化させるように電動アクチュエータを制御する。

このような構成によれば、デコンプ制御の実行後であってかつエンジンが完全に停止する前にエンジン再始動要求があった場合においても、電動アクチュエータを制御することによって吸気バルブの開弁タイミングを早期に進角させて再始動に必要な吸入空気流量を確保することができる。そのため、エンジンを速やかに再始動させることができる。

車両の全体構成を示す図である。 エンジンの構成を示す図である。 バルブ変位量とクランク角との関係を示す図である。 制御装置の処理手順を示すフローチャートである。 エンジン停止処理中にエンジン再始動要求があった場合の吸気バルブの開弁タイミング等の変化の一例を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号が付されている。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返されない。

図１は、本実施の形態に係る車両１の全体構成を示す図である。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１０と、ＰＣＵ（Power Control Unit）２０と、制御装置２００とを備える。

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可能なハイブリッド車両である。エンジン１００は、たとえば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関により構成される。エンジン１００は、動力分割装置４を介して駆動輪６および発電機として作動可能なモータジェネレータＭＧ１のうちの少なくともいずれかに動力を供給する。

エンジン１００は、モータジェネレータＭＧ１によりクランキングされて始動し得る。このエンジン１００は、吸気バルブの作動特性を変更するための電動ＶＶＴ（Variable Valve Timing）装置４００を有する。車両の走行状況やエンジン１００の始動性に応じて、制御装置２００により電動ＶＶＴ装置４００が制御される。エンジン１００の排気通路には、触媒を用いてエンジン１００の排気を浄化する排気浄化装置が設けられている。エンジン１００、電動ＶＶＴ装置４００、および排気浄化装置については、後ほど詳しく説明する。

動力分割装置４は、エンジン１００が発生する駆動力を、減速機５を介して駆動輪６を駆動するための動力と、モータジェネレータＭＧ１を駆動するための動力とに分割可能に構成される。

動力分割装置４は、遊星歯車機構によって構成される。具体的には、動力分割装置４は、エンジン１００に接続されたキャリアと、モータジェネレータＭＧ１に接続されたサンギヤと、減速機５を介して駆動輪６に接続されたリングギヤとを有する。動力分割装置４のリングギヤはモータジェネレータＭＧ２にも接続される。

このように、エンジン１００、モータジェネレータＭＧ１、モータジェネレータＭＧ２が動力分割装置４によって連結されることによって、モータジェネレータＭＧ１の回転速度、エンジン１００の回転速度（以下「エンジン回転数」という）、モータジェネレータＭＧ２の回転速度は、いずれか２つの回転速度が決まれば残りの回転速度も決まる関係になる。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、交流回転電機であり、たとえば、三相交流同期電動発電機である。モータジェネレータＭＧ１は、動力分割装置４を介して受けるエンジン１００の動力を用いて発電し得る。たとえば、蓄電装置１０の蓄電量（ＳＯＣ：State Of Charge）が所定の下限に達すると、エンジン１００が始動してモータジェネレータＭＧ１により発電が行なわれる。モータジェネレータＭＧ１によって発電された電力は、ＰＣＵ２０により電圧変換され、蓄電装置１０に一時的に蓄えられたり、モータジェネレータＭＧ２に直接供給されたりする。

モータジェネレータＭＧ２は、蓄電装置１０に蓄えられた電力、およびモータジェネレータＭＧ１によって発電された電力の少なくとも一方を用いて駆動力を発生する。モータジェネレータＭＧ２の駆動力は、減速機５を介して駆動輪６に伝達される。なお、図１では、駆動輪６は前輪として示されているが、前輪に代えて、または前輪とともに、モータジェネレータＭＧ２によって後輪を駆動してもよい。

車両の減速時には、モータジェネレータＭＧ２は、減速機５を介して駆動輪６から伝達される動力を用いて発電する。これにより、モータジェネレータＭＧ２による回生ブレーキ力を発生させることができる。モータジェネレータＭＧ２が発生した回生電力は、蓄電装置１０に受け入れられる。

ＰＣＵ２０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するための駆動装置である。ＰＣＵ２０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するためのインバータを含み、さらに、インバータと蓄電装置１０との間で電圧変換するためのコンバータを含んでもよい。

蓄電装置１０は、再充電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池を含んで構成される。蓄電装置１０の電圧は、たとえば２００Ｖ程度である。蓄電装置１０は、モータジェネレータＭＧ１がエンジン１００の動力を用いて発電した電力、あるいはモータジェネレータＭＧ２が発電した回生電力を受け入れる。なお、蓄電装置１０には、蓄電装置１０の温度、電圧および電流を検出するためのセンサ（図示せず）が設けられ、センサによる検出値が制御装置２００へ出力される。

制御装置２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や、記憶装置、入出力バッファ等（いずれも図示せず）を含むＥＣＵ（Electronic Control Unit）を含んで構成される。制御装置２００は、各種センサからの信号（アクセル開度ＡＣＣや車速ＶＳＳ等）の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両１における各機器の制御を行なう。主要なものとして、制御装置２００は、車両１の走行制御や、走行制御に応じたエンジン１００（たとえば、電動ＶＶＴ装置４００等）の制御を実行する。制御装置２００の動作については、後ほど説明する。

図２は、図１に示されたエンジン１００の構成を示す図である。エンジン１００に吸入される空気流量は、スロットルモータ３１２により駆動されるスロットルバルブ１０４により調整される。インジェクタ１０８は、吸気ポートに燃料を噴射する。吸気ポートにおいて、燃料と空気とが混合される。混合気は、吸気バルブ１１８が開くことによって、シリンダ１０６内へ導入される。なお、インジェクタ１０８は、シリンダ１０６内に直接燃料を噴射する直噴インジェクタとして設けられてもよい。あるいは、インジェクタ１０８は、ポート噴射用と直噴用との両方が設けられてもよい。

シリンダ１０６内の混合気は、点火プラグ１１０により着火されて燃焼する。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。

燃焼後の混合気すなわち排気ガスは、排気通路に排出される。排気通路には、触媒を用いて排気ガスを浄化する排気浄化装置が設けられる。排気浄化装置は、触媒１１２Ｓと、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓよりも下流側に配置される触媒１１２Ｕとを含んで構成される。

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、排気バルブ１２０はカム１２４により駆動される。

吸気バルブ１１８の作動特性は、電動ＶＶＴ装置４００によって変化される。電動ＶＶＴ装置４００は、カムシャフトと、カムスプロケットと、電動アクチュエータとを含む（いずれも図示せず）。カムシャフトは、回転軸の方向がクランクシャフトの回転軸と平行になるようにエンジン１００のシリンダヘッドに回転自在に設けられる。カムシャフトは、カムによって各気筒に設けられる排気バルブを開閉する排気側カムシャフトと、カムによって各気筒に設けられる吸気バルブを開閉する吸気側カムシャフトとを含む。排気側カムシャフトには、複数のカム１２４が所定の間隔で固定される。吸気側カムシャフトには、複数のカム１２２が所定の間隔で固定される。

吸気側および排気側のカムシャフトの各々の一方端には、カムスプロケットが設けられる。双方のカムスプロケットには同じタイミングチェーンが巻き掛けられる。タイミングチェーンは、クランクシャフト１１６に設けられるタイミングロータ（図示せず）にも巻き掛けられる。そのため、クランクシャフトとカムシャフトとはタイミングチェーンによって同期して回転する。

カムシャフトとカムスプロケットとの間には電動アクチュエータが設けられる。電動アクチュエータは、吸気側のカムシャフトとカムスプロケットとの間の回転位相を変化させる。電動アクチュエータは、制御装置２００から送信される制御信号ＶＶＴに基づいてその動作が制御される。吸気側のカムシャフトとカムスプロケットとの回転位相を電動アクチュエータを用いて変化させることによって、吸気バルブ１１８の開弁期間（作用角）を維持しつつ、開弁タイミング（および閉弁タイミング）を変化させることができる。

電動ＶＶＴ装置４００による吸気バルブ１１８の開弁タイミングの変化の態様については後述する。なお、電動ＶＶＴ装置４００は、吸気バルブ１１８に代えてまたは加えて排気バルブ１２０の開弁タイミングを変化させるようにしてもよい。

制御装置２００には、アクセル開度ＡＣＣや車速ＶＳＳを示す信号のほか、カム角センサ３００、クランク角センサ３０２およびスロットル開度センサ３０６の各センサ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。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。

さらに、制御装置２００は、これらの各センサからの信号に基づいてエンジン１００を制御する。具体的には、制御装置２００は、車両の走行状況や排気浄化装置の暖機状況に応じてエンジン１００が所望の運転ポイントで運転されるように、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１１８の作動状態（開閉タイミング）を制御する。なお、運転ポイントとは、エンジン１００の出力、トルクおよび回転数が決定されるエンジン１００の動作点であり、エンジン１００が所望の出力やトルクを発生するようにエンジン１００の運転ポイントが決定される。

図３は、電動ＶＶＴ装置４００において実現されるバルブ変位量とクランク角との関係を示す図である。図３の縦軸はバルブ変位量を示し、図３の横軸はクランク角を示す。

排気バルブ１２０のバルブ変位量が波形ＥＸに示される。排気バルブ１２０は、排気行程において開かれ、バルブ変位量がピークとなった後に閉じられる。一方、吸気バルブ１１８のバルブ変位量は波形ＩＮに示される。吸気バルブ１１８は、排気行程後の吸気行程において開かれ、バルブ変位量がピークとなった後に閉じられる。

なお、バルブ変位量とは、各バルブ（吸気バルブ１１８あるいは排気バルブ１２０）が閉じた状態からの各バルブの変位量を意味する。各バルブの開度がピークに達したときのバルブ変位量を「リフト量」といい、各バルブが開いてから閉じるまでのクランク角を「作用角」という。

電動ＶＶＴ装置４００は、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角を維持しつつ、吸気バルブ１１８の開弁タイミングを変更する。本実施の形態においては、吸気バルブ１１８の開弁タイミングの変更可能範囲は、図３に示すクランク角ＣＡ１とクランク角ＣＡ２との間の範囲である。

以下の説明においてクランク角ＣＡ１に近づく方向に開弁タイミングを変更することを開弁タイミングを進角するといい、クランク角ＣＡ２に近づく方向に開弁タイミングを変更することを開弁タイミングを遅角するというものとする。クランク角ＣＡ１は最も進角させた開弁タイミングであり、クランク角ＣＡ２は最も遅角させた開弁タイミングである。そのため、以下では、クランク角ＣＡ１を「最進角ＣＡ１」とも称し、クランク角ＣＡ２を「最遅角ＣＡ２」とも称する。

電動ＶＶＴ装置４００は、吸気バルブ１１８の開弁タイミングの初期値をクランク角ＣＡ０（以下「初期角ＣＡ０」という）とし、必要に応じて吸気バルブ１１８の開弁タイミングを初期角ＣＡ０よりも進角したり遅角したりする。

図３には、吸気バルブ１１８の開弁タイミングが初期角ＣＡ０である時の吸気バルブ１１８のバルブ変位量の波形ＩＮと、最進角ＣＡ１である時の吸気バルブ１１８のバルブ変位量の波形ＩＮ１と、最遅角ＣＡ２である時の吸気バルブ１１８のバルブ変位量の波形ＩＮ２とが例示されている。なお、波形ＩＮ１に示すように、本実施の形態においては、吸気バルブ１１８の開弁タイミングを最進角ＣＡ１とした場合、吸気バルブ１１８の閉弁タイミングは下死点となる。

以上のような構成を有する車両１において、制御装置２００は、エンジン１００の運転中にエンジン停止要求があった場合、エンジン１００を停止させる処理を行なう。具体的には、制御装置２００は、まず吸気バルブ１１８の開弁タイミングを最遅角ＣＡ２に遅角する制御（以下「デコンプ制御」ともいう）を実行し、デコンプ制御を実行した後にエンジン１００への燃料供給を停止することでエンジン回転数を０に低下させる。以下、これらの一連の処理を「エンジン停止処理」という。

エンジン停止処理中において、上記のデコンプ制御にて吸気バルブ１１８の開弁タイミングを最遅角ＣＡ２に遅角しておくことによって、次にエンジン１００を始動する際に吸入空気流量が少なくなりエンジントルクが抑えられるため、始動時のショックが抑制される。

しかしながら、デコンプ制御の実行後であってかつエンジン１００が完全に停止する前にエンジン再始動要求があった場合、吸気バルブ１１８の開弁タイミングが最遅角ＣＡ２に遅角された状態（すなわち吸入空気流量が少ない状態）であるため、エンジン１００の再始動に必要な十分なエンジントルクが即座には得られない。その結果、エンジン１００を速やかに再始動させることができないという問題が生じる。

このような問題に鑑み、本実施の形態による制御装置２００は、エンジン停止処理中にエンジン再始動要求があった場合、吸気バルブ１１８の開弁タイミングを最遅角ＣＡ２よりも進角させるように電動ＶＶＴ装置４００を制御する。これにより、デコンプ制御の実行後であってかつエンジン１００が完全に停止する前にエンジン再始動要求があった場合においても、吸気バルブ１１８の開弁タイミングを早期に進角させて再始動に必要な吸入空気流量を確保することができる。そのため、エンジン１００を速やかに再始動させることができる。

本実施の形態においては、電動ＶＶＴ装置４００を採用しているため、エンジン停止処理中においても吸気バルブ１１８の開弁タイミングを進角させることができる。すなわち、従来においては、エンジン１００の動力を用いて駆動する機械式オイルポンプの出力油圧によって作動する油圧式のＶＶＴ装置を採用するのが一般的であった。しかしながら、仮に油圧式のＶＶＴ装置を採用すると、エンジン停止処理中においてはエンジン回転数が０に向けて低下しており機械式オイルポンプの出力油圧も低下しているため、ＶＶＴ装置を作動させることができなかった。これに対し、本実施の形態においては、油圧式ではなく電動式のＶＶＴ装置を採用しているため、エンジン停止処理中においても吸気バルブ１１８の開弁タイミングを進角させることができる。

図４は、制御装置２００が電動ＶＶＴ装置４００を制御する際の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートは所定周期で繰り返し実行される。

ステップ（以下、ステップを「Ｓ」と略す）１０にて、制御装置２００は、エンジン停止処理中（エンジン停止処理が開始されてからエンジン１００が完全に停止するまでの間）であるか否かを判定する。エンジン停止処理中でない場合（Ｓ１０にてＮＯ）、制御装置２００は処理を終了させる。

エンジン停止処理中である場合（Ｓ１０にてＹＥＳ）、制御装置２００は、Ｓ１１にて、エンジン再始動要求があるか否かを判定する。たとえば、制御装置２００は、アクセル開度ＡＣＣおよび車速ＶＳＳに基づいてユーザ要求パワーを算出し、ユーザ要求パワーがモータジェネレータＭＧ２の出力可能パワーを超えた場合に、エンジン再始動要求があると判定する。

エンジン再始動要求がない場合（Ｓ１１にてＮＯ）、制御装置２００は、Ｓ１２にて、上述のデコンプ制御を実行する。すなわち、制御装置２００は、吸気バルブ１１８の開弁タイミングを最遅角ＣＡ２（デコンプ制御用に設定された遅角側の開弁タイミング）に遅角させるように電動ＶＶＴ装置４００を制御する。

一方、エンジン再始動要求があった場合（Ｓ１１にてＹＥＳ）、制御装置２００は、Ｓ１３にて、吸気バルブ１１８の開弁タイミングを最遅角ＣＡ２（デコンプ制御用に設定された遅角側の開弁タイミング）よりも進角させるように電動ＶＶＴ装置４００を制御する。その後、制御装置２００は、Ｓ１４にて、エンジン停止処理を中止し、エンジン１００への燃料供給を再開してエンジン１００を再始動する。

図５は、エンジン停止処理中にエンジン再始動要求があった場合の吸気バルブ１１８の開弁タイミング等の変化の一例を示す図である。

時刻ｔ１にて、エンジン停止要求に応じてエンジン停止処理が開始される。時刻ｔ２にてデコンプ制御が開始され、時刻ｔ３にて吸気バルブ１１８の開弁タイミングが最遅角ＣＡ２となる。その後の時刻ｔ４にて、エンジン１００への燃料供給が停止され、エンジン回転数が低下し始める。

エンジン１００が未だ完全には停止していない（すなわちエンジン回転数が０に低下していない）時刻ｔ５にて、エンジン再始動要求があると、電動ＶＶＴ装置４００によって吸気バルブ１１８の開弁タイミングが最遅角ＣＡ２よりも進角される。これにより、吸気バルブ１１８の開弁タイミングを最遅角ＣＡ２に維持する場合に比べて、再始動に必要な吸入空気流量（すなわちエンジントルク）を確保することができる。そのため、エンジン１００を速やかに再始動させることができる。

仮に従来の油圧式のＶＶＴ装置を採用した場合、エンジン停止処理中においてはエンジン回転数の低下に応じて機械式オイルポンプの出力も低下しておりＶＶＴ装置を作動させることができない。そのため、破線に示すように、エンジン再始動要求があってから吸気バルブ１１８の開弁タイミングを進角させるまでにタイムラグが生じ、エンジントルクを早期に上昇させることができない。

これに対し、本実施の形態による電動ＶＶＴ装置４００では、機械式オイルポンプの出力油圧が低下しても吸気バルブ１１８の開弁タイミングを早期に進角させることができるため、エンジントルクを早期に上昇させることができる。そのため、エンジン１００を速やかに再始動させることができる。

以上のように、本実施の形態による制御装置２００は、エンジン停止処理中にエンジン再始動要求があった場合、吸気バルブ１１８の開弁タイミングを最遅角ＣＡ２よりも進角させるように電動ＶＶＴ装置４００を制御する。これにより、デコンプ制御の実行後であってかつエンジン１００が完全に停止する前にエンジン再始動要求があったとしても、吸気バルブ１１８の開弁タイミングを早期に進角させて再始動に必要な吸入空気流量を確保することができる。そのため、エンジン１００を速やかに再始動させることができる。

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 車両、４ 動力分割装置、５ 減速機、６ 駆動輪、１０ 蓄電装置、１００ エンジン、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、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、２００ 制御装置、３００ カム角センサ、３０２ クランク角センサ、３０６ スロットル開度センサ、３１２ スロットルモータ、４００ 電動ＶＶＴ装置。

Claims (1)

1. エンジンおよびモータの少なくとも一方の動力を用いて走行可能なハイブリッド車両であって、
   前記エンジンの吸気バルブの開弁タイミングを変更可能な電動アクチュエータと、
   前記エンジンを停止させるエンジン停止処理中に、前記吸気バルブの開弁タイミングを遅角側に変化させるように前記電動アクチュエータを制御するデコンプ制御を実行する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記デコンプ制御の実行後であってかつ前記エンジンが停止する前に前記エンジンの再始動要求があった場合、前記吸気バルブの開弁タイミングを進角側に変化させるように前記電動アクチュエータを制御する、ハイブリッド車両。

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