JP2019127887A - 内燃機関装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転停止処理を完了した後に内燃機関が逆回転するのを抑止しつつ次回の内燃機関の始動に備える。【解決手段】内燃機関装置は、吸気バルブの開閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構を備える。そして、内燃機関の運転停止処理を実行している最中は吸気バルブの開閉タイミングが最遅角より進角した所定タイミングを維持する。これにより、運転停止処理を完了した後に内燃機関が逆回転するのを抑止することができる。また、運転停止処理が終了した以降に開閉タイミングを最遅角したタイミングにする。これにより、次回の内燃機関の始動に備えることができる。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関装置に関し、詳しくは、吸気バルブの開閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構を有する内燃機関を備える内燃機関装置に関する。

従来、この種の内燃機関装置としては、エンジンの運転停止処理を実行している最中は次回のエンジンの始動に備えて吸気バルブの開閉タイミングを最遅角のタイミングとするものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、エンジンの運転停止処理を実行している最中にエンジンの再始動要求があったときには吸気バルブの開閉タイミングを最遅角から進角させてエンジンを速やかに再始動させている。

特開２０１６−２０５１９５号公報

しかしながら、上述の内燃機関装置では、エンジンの運転停止処理を完了した後にエンジンが逆回転する場合が生じる。エンジンの運転停止処理を実行している最中に吸気バルブの開閉タイミングを最遅角のタイミングとすると、吸気バルブを閉成した以降の気筒内の空気量が小さいため、膨張行程中の気筒は上死点を超えてから排気バルブを開成するまでの間で強い負圧となる。このため、負圧の大きさによってはエンジンが逆回転してしまう。

本発明の内燃機関装置は、運転停止処理を完了した後に内燃機関が逆回転するのを抑止しつつ次回の内燃機関の始動に備えることを主目的とする。

本発明の内燃機関装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の内燃機関装置は、
吸気バルブの開閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構を有する内燃機関と、
前記内燃機関を制御する制御装置と、
を備える内燃機関装置であって、
前記制御装置は、前記内燃機関の運転停止処理を実行している最中は前記開閉タイミングが最遅角より進角した所定タイミングを維持し、前記運転停止処理が終了した以降に前記開閉タイミングを最遅角したタイミングにする、
ことを特徴とする。

この本発明の内燃機関装置では、吸気バルブの開閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構を有する内燃機関を備える。内燃機関の運転停止処理を実行している最中は開閉タイミングが最遅角より進角した所定タイミングを維持し、運転停止処理が終了した以降に開閉タイミングを最遅角したタイミングにする。ここで、所定タイミングとしては、最遅角したタイミングより進角したタイミングであればよく、例えばアイドリング制御を行なうときの位置（アイドリング制御位置）を用いることができる。これにより、運転停止処理を実行している最中に吸気バルブの開閉タイミングを最遅角にすることによって生じる運転停止処理完了後の内燃機関の逆回転を抑止することができる。もとより、内燃機関の運転停止処理が終了した以降に開閉タイミングを最遅角したタイミングにするから、次回の内燃機関の始動に備えることができる。これらの結果、運転停止処理を完了した後に内燃機関が逆回転するのを抑止しつつ次回の内燃機関の始動に備えることができる。

本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 エンジン２２の構成の概略を示す構成図である。 ＨＶＥＣＵ７０により実行されるエンジン停止ルーチンの一例を示すフローチャートである。

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、本発明の一実施例としての内燃機関装置を搭載するハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図であり、図２は、エンジン２２の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図１に示すように、エンジン２２と、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、プラネタリギヤ３０と、モータＭＧ１，ＭＧ２と、インバータ４１，４２と、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と、ハイブリッド用電子制御ユニット（以下、「ＨＶＥＣＵ」という）７０と、を備える。内燃機関装置としては、主としてエンジン２２とエンジンＥＣＵ２４とが該当する。

エンジン２２は、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力する内燃機関として構成されており、ダンパ２８を介してプラネタリギヤ３０のキャリヤに接続されている。このエンジン２２は、図２に示すように、エアクリーナ１２２により清浄された空気を吸気管１２５に設けられたスロットルバルブ１２４を介して吸入すると共に燃料噴射弁１２６から燃料を噴射し、空気と燃料とを混合する。そして、この混合気を吸気バルブ１２８ａを介して燃焼室１２９に吸入し、点火プラグ１３０による電気火花によって爆発燃焼させて、そのエネルギにより押し下げられるピストン１３２の往復運動をクランクシャフト２６の回転運動に変換する。燃焼室１２９から排気バルブ１２８ｂを介して排気管１３３に排出される排気は、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する触媒（三元触媒）１３４ａを有する浄化装置１３４を介して外気に排出される。エンジン２２は、吸気バルブ１２８ａの開閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構１５０を備えている。実施例の可変バルブタイミング機構１５０は、図示しない電動アクチュエータにより吸気バルブ１２８ａの開閉タイミングを変更できるようになっている。

このエンジン２２は、エンジンＥＣＵ２４により運転制御されている。エンジンＥＣＵ２４は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ、入出力ポート、通信ポートを備える。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２を運転制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。エンジンＥＣＵ２４に入力される信号としては、例えば、クランクシャフト２６の回転位置を検出するクランクポジションセンサ１４０からのクランク角θｃｒや、エンジン２２の冷却水の温度を検出する水温センサ１４２からの冷却水温Ｔｗを挙げることができる。また、吸気バルブ１２８ａを開閉するインテークカムシャフトの回転位置や排気バルブ１２８ｂを開閉するエキゾーストカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサ１４４からのカム角θｃｉ，θｃｏも挙げることができる。さらに、スロットルバルブ１２４のポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサ１４６からのスロットル開度ＴＨや、吸気管１２５に取り付けられたエアフローメータ１４８からの吸入空気量Ｑａ、吸気管１２５に取り付けられた温度センサ１４９からの吸気温Ｔａも挙げることができる。加えて、排気管１３３における浄化装置１３４の上流側に取り付けられた空燃比センサ１３５ａからの空燃比ＡＦや、浄化装置１３４の下流側に取り付けられた酸素センサ１３５ｂからの酸素信号Ｏ２も挙げることができる。エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を運転制御するための各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。エンジンＥＣＵ２４から出力される信号としては、例えば、スロットルバルブ１２４のポジションを調節するスロットルモータ１３６への駆動制御信号や、燃料噴射弁１２６への駆動制御信号、点火プラグ１３０への駆動制御信号、可変バルブタイミング機構１５０への駆動制御信号を挙げることができる。エンジンＥＣＵ２４は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。エンジンＥＣＵ２４は、クランクポジションセンサ１４０からのクランク角θｃｒに基づいてエンジン２２の回転数Ｎｅを演算している。また、エンジンＥＣＵ２４は、クランクポジションセンサ１４０からのクランク角θｃｒに対する、カムポジションセンサ１４４からのインテークカムシャフトのカム角θｃｉの角度（θｃｉ−θｃｒ）に基づいて、吸気バルブ１２８ａの開閉タイミングＶＴを演算している。

図１に示すように、プラネタリギヤ３０は、シングルピニオン式の遊星歯車機構として構成されている。プラネタリギヤ３０のサンギヤには、モータＭＧ１の回転子が接続されている。プラネタリギヤ３０のリングギヤには、駆動輪３９ａ，３９ｂにデファレンシャルギヤ３８を介して連結された駆動軸３６が接続されている。プラネタリギヤ３０のキャリヤには、上述したように、ダンパ２８を介してエンジン２２のクランクシャフト２６が接続されている。

モータＭＧ１は、例えば同期発電電動機として構成されており、上述したように、回転子がプラネタリギヤ３０のサンギヤに接続されている。モータＭＧ２は、例えば同期発電電動機として構成されており、回転子が駆動軸３６に接続されている。インバータ４１，４２は、モータＭＧ１，ＭＧ２の駆動に用いられると共に電力ライン５４を介してバッテリ５０に接続されている。モータＭＧ１，ＭＧ２は、モータ用電子制御ユニット（以下、「モータＥＣＵ」という）４０によって、インバータ４１，４２の図示しない複数のスイッチング素子がスイッチング制御されることにより、回転駆動される。

モータＥＣＵ４０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ、入出力ポート、通信ポートを備える。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するのに必要な各種センサからの信号、例えば、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの回転位置θｍ１，θｍ２や、モータＭＧ１，ＭＧ２の各相に流れる電流を検出する電流センサ４５ｕ，４５ｖ，４６ｕ，４６ｖからの相電流Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｕ２，Ｉｖ２などが入力ポートを介して入力されている。モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２の複数のスイッチング素子へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。モータＥＣＵ４０は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４からのモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置θｍ１，θｍ２に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の電気角θｅ１，θｅ２や角速度ωｍ１，ωｍ２，回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を演算している。

バッテリ５０は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、電力ライン５４に接続されている。このバッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、「バッテリＥＣＵ」という）５２により管理されている。

バッテリＥＣＵ５２は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ、入出力ポート、通信ポートを備える。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。バッテリＥＣＵ５２に入力される信号としては、例えば、バッテリ５０の端子間に取り付けられた電圧センサ５１ａからのバッテリ５０の電圧Ｖｂや、バッテリ５０の出力端子に取り付けられた電流センサ５１ｂからのバッテリ５０の電流Ｉｂ、バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１ｃからのバッテリ５０の温度Ｔｂを挙げることができる。バッテリＥＣＵ５２は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。バッテリＥＣＵ５２は、電流センサ５１ｂからのバッテリ５０の電流Ｉｂの積算値に基づいて蓄電割合ＳＯＣを演算したり、蓄電割合ＳＯＣと温度センサ５１ｃからのバッテリ５０の温度Ｔｂとに基づいてバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔを演算したりしている。蓄電割合ＳＯＣは、バッテリ５０の全容量に対するバッテリ５０から放電可能な電力の容量の割合である。出力制限Ｗｏｕｔは、バッテリ５０から放電してもよい最大許容電力（最大許容出力）である。

ＨＶＥＣＵ７０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ、入出力ポート、通信ポートを備える。ＨＶＥＣＵ７０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。ＨＶＥＣＵ７０に入力される信号としては、例えば、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号や、シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰを挙げることができる。また、アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃや、ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ、車速センサ８８からの車速Ｖも挙げることができる。ＨＶＥＣＵ７０は、上述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０、バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されている。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の運転を伴って走行するハイブリッド走行（ＨＶ走行）モードや、エンジン２２の運転を伴わずに走行する電動走行（ＥＶ走行）モードで走行する。

次に、実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特に、エンジン２２を停止する際の動作について説明する。実施例のハイブリッド自動車２０では、ＨＶ走行モードにより走行しているときに、ＨＶＥＣＵ７０が必要に応じて運転停止しているエンジン２２を始動するよう始動要求したり、運転しているエンジン２２を停止するよう停止要求をエンジンＥＣＵ２４に指令として送信する。こうした始動要求や停止要求を受信したエンジンＥＣＵ２４は、ＨＶＥＣＵ７０やモータＥＣＵ４０によるエンジン始動制御と連動してエンジン始動ルーチンを実行することによりエンジン２２を始動し、ＨＶＥＣＵ７０やモータＥＣＵ４０によるエンジン停止制御と連動してエンジン停止ルーチンを実行することによりエンジン２２の運転を停止する。図３はエンジンＥＣＵ２４により実行されるエンジン停止ルーチンの一例を示すフローチャートである。

エンジン停止ルーチンが実行されると、エンジンＥＣＵ２４は、まず、エンジン２２の運転停止処理を開始する（ステップＳ１００）。運転停止処理としては、燃料噴射制御の停止や点火制御の停止などを挙げることができる。続いて、吸気バルブ１２８ａの開閉タイミングＶＴを最遅角より進角したアイドリング制御位置とする（ステップＳ１１０）。これにより、運転停止処理を実行している最中に吸気バルブ１２８ａの開閉タイミングＶＴを最遅角にすることによって生じる運転停止処理完了後のエンジン２２の逆回転を抑止することができる。

次に、クランク停止位置制御を開始する（ステップＳ１２０）。クランク停止位置制御は、クランクシャフト２６の停止位置が次回のエンジン２２の始動の際に良好な始動を行なうことができるクランク角範囲となるようにする制御であり、モータＭＧ１による制御を伴う。クランク停止位置制御は、本発明の中核をなさないため、これ以上の詳細な説明は省略する。

続いて、エンジン２２の運転停止処理が終了するのを待ち（ステップＳ１３０）、エンジン２２の運転停止処理が終了したと判定したときには、吸気バルブ１２８ａの開閉タイミングＶＴを最遅角位置として（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。これにより、次回のエンジン２２の始動に備えることができる。

エンジン２２の運転停止処理が終了するまでにエンジン２２の始動要求があったときには（ステップＳ１５０）、吸気バルブ１２８ａの開閉タイミングＶＴを最遅角位置として（ステップＳ１６０）、エンジン始動ルーチンを実行する。エンジン始動ルーチンについては本発明の中核をなさないから、これ以上の詳細な説明は省略する。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０が搭載する内燃機関装置では、エンジン２２を停止する際に、エンジン２２の運転停止処理を実行している最中は吸気バルブ１２８ａの開閉タイミングＶＴを最遅角より進角したアイドリング制御位置を維持する。これにより、運転停止処理を実行している最中に吸気バルブ１２８ａの開閉タイミングＶＴを最遅角にすることによって生じる運転停止処理完了後のエンジン２２の逆回転を抑止することができる。そして、エンジン２２の運転停止処理を終了したときには、吸気バルブ１２８ａの開閉タイミングＶＴを最遅角位置とする。これにより、次回のエンジン２２の始動に備えることができる。これらの結果、運転停止処理を完了した後にエンジン２２が逆回転するのを抑止しつつ次回のエンジン２２の始動に備えることができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、蓄電装置として、バッテリ５０を用いるものとしたが、蓄電可能な装置であれば、キャパシタなどを用いるものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０とバッテリＥＣＵ５２とＨＶＥＣＵ７０とを備えるものとしたが、これらのうちの少なくとも２つを単一の電子制御ユニットとして構成するものとしてもよい。

実施例では、本発明の内燃機関装置を駆動輪３９ａ，３９ｂに連結された駆動軸３６にプラネタリギヤ３０を介してエンジン２２およびモータＭＧ１を接続すると共に駆動軸３６にモータＭＧ２を接続する構成としたハイブリッド自動車２０に搭載するものとした。しかし、駆動輪に連結された駆動軸に変速機を介してモータを接続すると共にそのモータにクラッチを介してエンジンを接続する構成のいわゆる１モータハイブリッド自動車に搭載するものとしてもよいし、他の構成のハイブリッド自動車に搭載されるものとしてもよい。また、走行用のモータを備えない自動車に搭載されるものとしてもよい。

実施例では、本発明の内燃機関装置を、エンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２を備えるハイブリッド自動車２０に搭載する場合を例示しているが、エンジンを備える装置であれば如何なる装置に適用してもよい。

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。実施例では、可変バルブタイミング機構１５０が「可変バルブタイミング機構」に相当し、エンジン２２が「内燃機関」に相当し、エンジンＥＣＵ２４が「制御装置」に相当する。

なお、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。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明について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り、実施例は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ないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等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、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、内燃機関装置の製造産業などに利用可能である。

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 ダンパ、３０ プラネタリギヤ、３６ 駆動軸、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）、４１，４２ インバータ、４３，４４ 回転位置センサ、５０ バッテリ、５１ａ 電圧センサ、５１ｂ 電流センサ、５１ｃ 温度センサ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４ 電力ライン、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット（ＨＶＥＣＵ）、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、１２２ エアクリーナ、１２４ スロットルバルブ、１２５ 吸気管、１２６ 燃料噴射弁、１２８ａ 吸気バルブ、１２８ｂ 排気バルブ、１２９ 燃焼室、１３０ 点火プラグ、１３２ ピストン、１３３ 排気管、１３４ 浄化装置、１３４ａ 触媒、１３５ａ 空燃比センサ、１３５ｂ 酸素センサ、１３６ スロットルモータ、１３８ イグニッションコイル、１４０ クランクポジションセンサ、１４２ 水温センサ、１４４ カムポジションセンサ、１４６ スロットルバルブポジションセンサ、１４８ エアフローメータ、１４９ 温度センサ、１５０ 可変バルブタイミング機構、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (1)

1. 吸気バルブの開閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構を有する内燃機関と、
   前記内燃機関を制御する制御装置と、
   を備える内燃機関装置であって、
   前記制御装置は、前記内燃機関の運転停止処理を実行している最中は前記開閉タイミングが最遅角より進角した所定タイミングを維持し、前記運転停止処理が終了した以降に前記開閉タイミングを最遅角したタイミングにする、
   ことを特徴とする内燃機関装置。

Images