JP2018103664A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関のトルク変動に起因する歯打ち音の発生を抑制する【解決手段】内燃機関の制御装置は、内燃機関（２００）のトルク変動を電動機（ＭＧ１）からトルクを出力することで抑制する。内燃機関の制御装置は、内燃機関と電動機との間に配置されたギア（Ｓ１，Ｒ１，Ｐ１）の歯面にかかる内燃機関のトルクがゼロを跨がない場合の最大の内燃機関のトルクである第１トルク、又は歯面にかかる内燃機関のトルクがゼロを跨ぐ量が最小となる内燃機関のトルクである第２トルクを算出する算出手段（１００）と、内燃機関のトルクが第１トルク又は第２トルクとなるように、電動機から補完トルクを出力させる制御手段（１００）とを備える。【選択図】図４

Description

本発明は、例えば内燃機関のトルク変動を抑制する制御を行う内燃機関の制御装置の技術分野に関する。

この種の装置として、内燃機関のトルク変動を電動機から出力するトルクによって低減させるものが知られている。例えば特許文献１では、内燃機関のトルク変動に起因してＴ／Ａ（トランスアクスル）内で発生する歯打ち音を抑制するために、電動機からアシストトルクを出力して、内燃機関のトルク変動を低減するという技術が開示されている。

特開２０１０−２８４９９１号公報

上述した特許文献１に記載の技術では、電動機から出力するトルクを大きくするほど、内燃機関のトルク変動が低減されることになる。しかしながら、例えばアイドル運転時のように内燃機関の出力トルクが比較的小さい状況においては、電動機から出力するトルクを大きくし過ぎてしまうと、内燃機関を正常に運転させることが難しくなる場合がある。具体的には、内燃機関が出力するトルクが小さくなり過ぎることで燃焼限界を迎え、燃焼が不安定になってしまうという技術的問題点が生ずる。

本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、内燃機関のトルク変動に起因する歯打ち音の発生を好適に抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。

本発明の内燃機関の制御装置は上記課題を解決するために、内燃機関のトルク変動を電動機からトルクを出力することで抑制する内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関と前記電動機との間に配置されたギアの歯面にかかる前記内燃機関のトルクがゼロを跨がない場合の最大の前記内燃機関のトルクである第１トルク、又は前記歯面にかかる前記内燃機関のトルクがゼロを跨ぐ量が最小となる前記内燃機関のトルクである第２トルクを算出する算出手段と、前記内燃機関のトルクが前記第１トルク又は前記第２トルクとなるように、前記電動機から補完トルクを出力させる制御手段とを備える。

本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、電動機から補完トルクを出力させることで、内燃機関が出力するトルクが第１トルク又は第２トルクとなるように制御される。即ち、内燃機関が出力するトルクを第１トルクにする場合には、要求トルクに対して第１トルクだけでは不足する分のトルクを、電動機が補完トルクとして出力する。同様に、内燃機関が出力するトルクを第２トルクにする場合には、要求トルクに対して第２トルクだけでは不足する分のトルクを、電動機が補完トルクとして出力する。

ここで特に、第１トルクは、内燃機関と電動機との間に配置されたギアの歯面にかかる内燃機関のトルクがゼロを跨がないトルクであって、その中でも最大のトルクとして算出される。本願発明者の研究するところによれば、ギアの歯面にかかる内燃機関のトルクがゼロを跨ぐと、歯打ち音が発生することが判明している。よって、歯面にかかるトルクがゼロを跨がないように内燃機関のトルクを制御すれば、歯打ち音を好適に抑制することができる。その一方で、内燃期間のトルクが小さくなり過ぎることでも燃焼が不安定になるという不都合が生じる。このため、歯面にかかるトルクがゼロを跨がない場合の中でも、最大のトルクが内燃機関から出力されるようにすれば、燃焼が不安定になってしまうことを回避できる。

他方、第２トルクは、内燃機関と電動機との間に配置されたギアの歯面にかかる内燃機関のトルクがゼロを跨いでしまうが、跨ぐ量が最小となるようなトルクとして算出される。上述したように、歯打ち音の発生を抑制するためには、ギアの歯面にかかるトルクはゼロを跨がないように制御されることが好ましいが、内燃期間のトルクが小さくなり過ぎることでも不都合が生じる。このため、状況次第では、燃焼が不安定とならない限界近くまで内燃機関のトルクを小さくしても、ギアの歯面にかかる内燃機関のトルクがゼロを跨いでしまうことが起こり得る。このような場合には、歯面にかかるトルクがゼロを跨ぐ量が最小となる第２トルクを実現することで、内燃機関の安定した燃焼を維持しつつ、歯打ち音を最大限抑制できる。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。

実施形態に係るハイブリッド車両の全体構成を示す概略図である。 実施形態に係るハイブリッド駆動装置の構成を概念的に表してなる概略構成図である。 歯打ち音が発生する原因となるエンジントルクの変動を示すグラフである。 実施形態に係る内燃機関の制御装置による歯打ち音抑制制御の流れを示すフローチャートである。 補完トルクを出力した場合のエンジントルクの変動を示すグラフである。

以下では、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。

＜ハイブリッド車両の構成＞
まず、本実施形態に係る内燃機関の制御装置が搭載されるハイブリッド車両の構成について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るハイブリッド車両の全体構成を示す概略図である。

図１に示すように、本実施形態に係るハイブリッド車両１は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００、ＰＣＵ（Power Control Unit）１１、バッテリ１２及びハイブリッド駆動装置１０を備えて構成されている。

ＥＣＵ１００は、「内燃機関の制御装置」の一具体例であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read only memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、ハイブリッド車両１の各部の動作を制御可能に構成された電子制御ユニットである。ＥＣＵ１００は、例えばＲＯＭ等に格納された制御プログラムに従って、ハイブリッド車両１における各種制御を実行可能に構成されている。ＥＣＵ１００が実行する処理については、後の動作説明において詳述する。

ＰＣＵ１１は、バッテリ１２から取り出した直流電力を交流電力に変換して後述するモータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２に供給する。また、モータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ１２に供給することが可能な不図示のインバータを含んでいる。即ち、ＰＣＵ１１は、バッテリ１２と各モータジェネレータとの間の電力の入出力、或いは各モータジェネレータ相互間の電力の入出力（即ち、この場合、バッテリ１２を介さずに各モータジェネレータ相互間で電力の授受が行われる）を制御可能に構成された電力制御ユニットである。ＰＣＵ１１は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００によってその動作が制御される構成となっている。

バッテリ１２は、モータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２を力行するための電力に係る電力供給源として機能する。バッテリ１２は充電可能な二次電池であり、モータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２の回生等によって発生した電力を充電することができる。バッテリ１２の蓄電量は、ＥＣＵ１００等において検出可能とされている。

ハイブリッド駆動装置１０は、ハイブリッド車両１のパワートレインとして機能する動力ユニットである。ここで、図２を参照し、ハイブリッド駆動装置１０の詳細な構成について説明する。図２は、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置の構成を概念的に表してなる概略構成図である。

図２に示すように、ハイブリッド駆動装置１０は、主にエンジン２００、ＭＧ１側動力伝達機構３１０、ＭＧ２側動力伝達機構３２０、トーショナルダンパ４１０、モータジェネレータＭＧ１（以下、適宜「ＭＧ１」と略称する）、モータジェネレータＭＧ２（以下、適宜「ＭＧ２」と略称する）、インプットシャフト４２０及びドライブシャフト５００を備えて構成されている。

エンジン２００は、「内燃機関」の一具体例であり、ハイブリッド車両１の主たる動力源として機能するガソリンエンジンである。エンジン２００は、気筒内において燃焼室に点火プラグの一部が露出してなる点火装置による点火動作を介して混合気を燃焼せしめると共に、係る燃焼による爆発力に応じて生じるピストンの往復運動を、コネクティングロッドを介して、クランクシャフトの回転運動に変換することが可能に構成されている。エンジン２００は、トーショナルダンパ４１０及びインプットシャフト４２０を介して、ＭＧ１側動力伝達機構３１０に動力を出力可能に構成されている。

ＭＧ１側動力伝達機構３１０は、中心部に設けられたサンギアＳ１と、サンギアＳ１の外周に同心円状に設けられた、リングギアＲ１と、サンギアＳ１とリングギアＲ１との間に配置されてサンギアＳ１の外周を自転しつつ公転する複数のピニオンギアＰ１と、これら各ピニオンギアの回転軸を軸支するキャリアＣ１とを備えている。サンギアＳ１は、サンギア軸を介してＭＧ１のロータに連結されている。また、リングギアＲ１は、ドライブシャフト５００に連結されている。更に、キャリアＣ１は、エンジン２００のインプットシャフト４２０と連結されている。

ＭＧ２側動力伝達機構３２０は、中心部に設けられたサンギアＳ２と、サンギアＳ２の外周に同心円状に設けられた、リングギアＲ２と、サンギアＳ２とリングギアＲ２との間に配置されてサンギアＳ２の外周を自転しつつ公転する複数のピニオンギアＰ２とを備えている。サンギアＳ２は、サンギア軸を介してＭＧ２のロータに連結されている。また、リングギアＲ２は、ドライブシャフト５００に連結されている。

モータジェネレータＭＧ１は、「電動機」の一具体例であり、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを備えた電動発電機である。本実施形態に係るモータジェネレータＭＧ１は特に、後述する補完トルクを出力することが可能に構成されている。

モータジェネレータＭＧ２は、モータジェネレータＭＧ１と同様に、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを備えた電動発電機である。

尚、モータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２は、例えば同期電動発電機として構成され、例えば外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータとを備える構成を有するが、他の構成を有していてもよい。

ドライブシャフト５００は、ハイブリッド車両１の駆動輪たる右前輪ＦＲ及び左前輪ＦＬを夫々駆動するドライブシャフトＳＦＲ及びＳＦＬ（図１参照）と連結されている。

＜歯打ち音の発生原理＞
次に、図３を参照して、本実施形態に係る内燃機関の制御装置が抑制しようとする歯打ち音の発生原理について詳細に説明する。図３は、歯打ち音が発生する原因となるエンジントルクの変動を示すグラフである。

図３に示すように、エンジン２００から出力されたトルクは、ＭＧ１側動力伝達機構３１０が有する各ギア（サンギアＳ１、リングギアＲ１及びピニオンギアＰ１）にかかる。この時、ギアの歯面にかかるトルク（以下、適宜「ギア歯面トルク」と称する）は、エンジン２００のトルク脈動に起因して変動する。

上述したギア歯面トルクの変動は、トランスアクスル内で歯打ち音が発生する原因となることがある。本願発明者の研究するところによれば、ギア歯面トルクが０Ｎｍを跨ぐように変化すると、歯打ち音が発生することが判明している。このため、ギア歯面トルクが、図３に示すように変動する場合には、トルクが０Ｎｍを跨ぐ度に歯打ち音が発生してしまうおそれがある。

本実施形態に係る内燃機関の制御装置では、上述したような歯打ち音の発生を抑制するために、以下に詳述する歯打ち音抑制制御が実行される。

＜歯打ち音抑制制御＞
次に、図４を参照して、本実施形態に係る内燃機関の制御装置の動作（特に、歯打ち音抑制制御）について詳細に説明する。図４は、実施形態に係る内燃機関の制御装置による歯打ち音抑制制御の流れを示すフローチャートである。

図４に示すように、本実施形態に係る内燃機関の制御装置の動作時には、先ずエンジン２００に対してアイドル運転の要求があるか否かが判定される（ステップＳ１０１）。なお、ハイブリッド車両１におけるアイドル運転は、例えば暖房要求があり且つバッテリ１２が満充電である場合等に実行される。エンジン２００にアイドル運転が要求されていない場合には（ステップＳ１０１：ＮＯ）、以降の処理は省略され、一連の処理が終了する。

エンジン２００にアイドル運転が要求されている場合には（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、歯打ち音抑制制御の学習完了フラグがＯＦＦになっているか否かが判定される（ステップＳ１０２）。なお、ここでの学習完了フラグとは、歯打ち音抑制制御を実行する際に付与される補完トルクに関する学習が完了しているか否かを判定するためのフラグであり、学習が完了している場合にはＯＮとされ、学習が完了していない場にはＯＦＦとされる。

学習完了フラグがＯＦＦになっている場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、エンジン２００からＩＳＣ（Idle Speed Control）トルクが付与される（ステップＳ１０３）。このＩＳＣトルクは、エンジン２００のアイドル回転を維持するために出力されるトルクである。

続いて、ギア歯面トルクが０Ｎｍを跨ぐか否かが判定される（ステップＳ１０４）。具体的には、図３に示すような状態となっているか否か（言い換えれば、歯打ち音が発生し得る状態であるか否か）が判定される。

ギア歯面トルクが０Ｎｍを跨ぐと判定された場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、現時点で設定されている補完トルクの値が増加される（ステップＳ１０５）。そして増加された補完トルクの値が、仮値としてメモリ等に格納される（ステップＳ１０６）。

次に、増加された補完トルクを付与した場合のＩＳＣトルク（即ち、エンジン２００の出力トルク）が、エンジン２００の燃焼限界以上であるか否かが判定される（ステップＳ１０７）。ＩＳＣトルクが燃焼限界以上である場合には（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）、再びＳ１０４から処理が繰り返される。

その後、ギア歯面トルクが０Ｎｍを跨がなくなった時点で（ステップＳ１０４：ＮＯ）、補完トルクの仮値が確定値として格納される（ステップＳ１０８）。なお、最初にステップＳ１０４が実行される時点で、ギア歯面トルクが０Ｎｍを跨がないと判定された場合には、所定の初期値が確定値として格納されればよい。所定の初期値はゼロであってもよい。

上述したようにステップＳ１０４からステップＳ１０７の処理をループさせることで、ギア歯面トルクが０Ｎｍを跨がず且つエンジン２００が燃焼限界に至らないような最大のエンジントルク（即ち、「第１トルク」）に対応する補完トルクを決定することができる。

一方で、トルクが０Ｎｍを跨がなくなったと判定される前に、補完トルクを付与した場合のＩＳＣトルクが、エンジン２００の燃焼限界以上でないと判定された場合には（ステップＳ１０７：ＮＯ）、ギア歯面トルクが０Ｎｍを跨ぐ量が最小となるようなエンジントルク（即ち、「第２トルク」）に対応する補完トルクが確定値として格納される（ステップＳ１０９）。

補完トルクの確定値が格納されると、歯打ち音抑制制御の学習フラグがＯＦＦとされる（ステップＳ１１０）。そして、モータジェネレータＭＧ１により確定値に応じた補完トルクを付与する制御が実行される（ステップＳ１１１）。

＜実施形態の効果＞
次に、図５を参照して、本実施形態に係る内燃機関の制御装置の動作（特に、歯打ち音抑制制御）によって得られる技術的効果について具体的に説明する。図５は、補完トルクを出力した場合のエンジントルクの変動を示すグラフである。

図５に示すように、上述した歯打ち音抑制制御を実行すると、モータジェネレータＭＧ１から、エンジントルクと同方向の補完トルクが出力されるため、エンジントルクの平均値が低下し、結果としてギア歯面トルクが０Ｎｍを跨がなくなる（或いは、跨ぐ量が最小とされる）。よって、トランスアクスル内で発生する歯打ち音を好適に抑制することが可能である。

また、補完トルクは、エンジン２００が燃焼限界とならないような値として決定される。このため、補完トルクを大きく設定し過ぎたがゆえに、エンジン２００からの出力トルクが燃焼限界を下回り、燃焼が不安定になってしまう（言い換えれば、失火が発生する）という事態を回避することができる。

他方、補完トルクを大きくすることで、エンジントルクを燃焼限界付近まで小さくしても、ギア歯面トルクが０Ｎｍを跨いでしまう場合には、跨ぐ量が最小となるようなエンジントルクに応じた補完トルクが決定される。このため、歯打ち音の発生を確実に回避できないような場合であっても、発生する歯打ち音を最低限に抑制することができる。

なお、補完トルクはエンジントルクと同方向のトルクとして出力されるため、補完トルクを出力する際のモータジェネータＭＧ１としての動作は放電（力行）となる。このため、仮にバッテリ１２が満充電である場合でも、補完トルクを出力することが可能である。

以上説明したように、本実施形態に係る内燃機関の制御装置によれば、モータジェネレータＭＧ１から適切な補完トルクを出力させることで、エンジン２００のトルク脈動に起因して発生する歯打ち音を好適に抑制することができる。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１ ハイブリッド車両
１０ ハイブリッド駆動装置
１１ ＰＣＵ
１２ バッテリ
１００ ＥＣＵ
２００ エンジン
３１０ ＭＧ１側動力伝達機構
３２０ ＭＧ２側動力伝達機構
４１０ トーショナルダンパ
４２０ インプットシャフト
５００ ドライブシャフト
ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ

Claims (1)

1. 内燃機関のトルク変動を電動機からトルクを出力することで抑制する内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関と前記電動機との間に配置されたギアの歯面にかかる前記内燃機関のトルクがゼロを跨がない場合の最大の前記内燃機関のトルクである第１トルク、又は前記歯面にかかる前記内燃機関のトルクがゼロを跨ぐ量が最小となる前記内燃機関のトルクである第２トルクを算出する算出手段と、
   前記内燃機関のトルクが前記第１トルク又は前記第２トルクとなるように、前記電動機から補完トルクを出力させる制御手段と
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。

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