JP2019188848A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン停止の際における振動の発生の抑制と、スロットル下流側の吸気管圧の上昇の促進と、を両立させる。【解決手段】エンジン１０に対する停止指令がある場合、吸気管圧Ｐｉ≧クランクケース圧Ｐｃが成立するか否かが判定される（ステップＳ３）。吸気管圧Ｐｉ＜クランクケース圧Ｐｃであると判定された場合、スロットル弁開制御が行われる（ステップＳ４）。スロットル弁開制御は、スロットル弁２１を開き側に操作する制御である。吸気管圧Ｐｉ≧クランクケース圧Ｐｃであると判定された場合、スロットル弁２１を閉じ（ステップＳ５）、電動機制御を行う（ステップＳ６）。電動機制御は、電動機７を駆動してクランク軸の回転方向とは逆の方向に作用するトルクを出力する制御である。【選択図】図４

Description

本発明は、車両の制御装置に関する。

国際公開第２０１３／０６１４５４号には、エンジンと回転電機を駆動源とするハイブリット車両の制御装置が開示されている。この制御装置は、エンジンに対する停止要求があった場合、次回のエンジン始動に備えた停止時制御を行う。この停止時制御では、エンジンの回転速度を維持するように回転電機が駆動され、スロットル弁が開方向に操作される。このような停止時制御によれば、サージタンク圧を緩やかに上昇させることができる。また、サージタンク圧の急激な上昇に伴う異音の発生を抑えることもできる。

国際公開第２０１３／０６１４５４号 特開２０１７−２０２７２６号公報 特開２００６−３４８８６１号公報 特開平１１−１０１１４０号公報

しかしながら、エンジン停止の際にスロットル弁を開き続けると、クランキングに伴う吸入動作によって筒内に吸い込まれた空気が、その後の圧縮動作によって圧縮されて振動が発生してしまう。一方、この振動の発生を抑制するためにスロットル弁を閉じると、スロットル下流側の吸気管圧（すなわち、サージタンク圧）を上昇させることがそもそもできない。また、スロットル下流側の吸気管圧がクランクケース圧よりも低いと、クランクケース内のオイルが燃焼室に吸引され易くなる。

ハイブリット車両用のエンジンは、非ハイブリット車両用のエンジンに比べてエンジン始動とエンジン停止が頻繁に行われる。そのため、燃焼室に吸引されるオイルの量が増え易い傾向にあり、故に、オイルに起因するデポジットが燃焼室内に堆積し易い傾向にある。また、近年の高圧縮化エンジンでは、燃焼室にデポジットが堆積したときの実圧縮比に余裕がなく、ノッキングが発生する圧縮比領域に突入し易い傾向にある。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、エンジン停止の際における振動の発生の抑制と、スロットル下流側の吸気管圧の上昇の促進と、を両立させることを目的とする。

本発明は、上述した課題を解決するための車両の制御装置であり、次の特徴を有する。
前記制御装置は、エンジンと、電動機と、スロットル弁と、第１圧力センサと、第２圧力センサと、を備えるハイブリット車両を制御する。
前記電動機は、前記エンジンのクランク軸に動力を伝達する。
前記スロットル弁は、前記エンジンの吸気管に設けられる。
前記第１圧力センサは、前記スロットル弁よりも下流側の吸気管圧を検出する。
前記第２圧力センサは、前記エンジンのクランクケース圧または大気圧を検出する。
前記制御装置は、エンジン停止時、前記クランクケース圧または大気圧と、前記吸気管圧との比較に基づいた停止時制御を行うように構成されている。
前記停止時制御において、前記制御装置は、
前記吸気管圧が前記クランクケース圧未満の場合、または、前記吸気管圧が大気圧未満の場合、前記スロットル弁を開方向に操作し、
前記吸気管圧が前記クランクケース圧以上の場合、または、前記吸気管圧が大気圧以上の場合、前記スロットル弁を閉方向に操作し、且つ、前記クランク軸の逆回転方向に作用するトルクを出力するように前記電動機を駆動する。

本発明によれば、エンジン停止時に停止時制御が行われる。停止時制御では、スロットル弁よりも下流側の吸気管圧がクランクケース圧未満の場合、または、当該吸気管圧が大気圧未満の場合、スロットル弁が開方向に操作される。スロットル弁が開方向に操作されれば、スロットル弁よりも下流側の吸気管圧がクランクケース圧未満となる状態が抑えられる。

また、停止時制御では、スロットル弁よりも下流側の吸気管圧がクランクケース圧以上の場合、または、スロットル弁よりも下流側の吸気管圧が大気圧以上の場合、スロットル弁が閉方向に操作され、且つ、クランク軸の逆回転方向に作用するトルクを出力するように電動機が駆動される。スロットル弁が閉方向に操作されれば、クランキングに伴う吸入動作によって筒内に吸い込まれる空気が少なくなる。また、電動機の駆動によれば、クランク軸の回転が停止するまでの時間が短縮される。そのため、クランキングに伴う吸入動作によって筒内に吸い込まれた空気が、その後の圧縮動作によって圧縮される回数が少なくなる。

以上のことから、本発明によれば、エンジン停止の際における振動の発生の抑制と、スロットル下流側の吸気管圧の上昇の促進と、を両立させることができる。

本発明の各実施の形態に係るシステムの構成を説明する図である。 エンジン停止時にスロットル弁を閉じたときの問題点を説明する図である。 オイル上がり現象を説明する図である。 本発明の実施の形態１の停止時制御の流れを説明する図である。 本発明の実施の形態２の停止時制御の流れを説明する図である。 本発明の実施の形態３の停止時制御の流れを説明する図である。 本発明の実施の形態４の停止時制御の流れを説明する図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

実施の形態１．
先ず、図１乃至図４を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。

１．システム構成の説明
本発明の実施の形態１に係るシステムは、ハイブリット車両に搭載されるシステムである。図１は、本実施の形態１に係るシステムの構成を説明する図である。図１に示すシステムは、駆動源としてのエンジン１０を備えている。エンジン１０は、燃焼室１を備えている。燃焼室１は、エンジン１０のシリンダ内に形成される空間である。燃焼室１は、吸気管２および排気管３に接続されている。

燃焼室１には、点火プラグ１１、吸気バルブ１２、排気バルブ１４および燃料噴射弁１６が設けられている。点火プラグ１１は、燃焼室１内の混合ガスに点火する。吸気バルブ１２は、燃焼室１と吸気管２の接続部に設けられている。排気バルブ１４は、燃焼室１と排気管３の接続部に設けられている。吸気バルブ１２は、吸気バルブ制御機構１３によって操作される。吸気バルブ制御機構１３は、吸気バルブ１２の開閉時期を変更する。排気バルブ１４は、排気バルブ制御機構１５によって操作される。排気バルブ制御機構１５は、排気バルブ１４の開閉時期を変更する。燃料噴射弁１６は、燃焼室１内に燃料を噴射する。

吸気管２には、スロットル弁２１が設けられている。スロットル弁２１の下流、且つ、吸気バルブ１２の上流の吸気管２には、第１圧力センサ２２が取り付けられている。第１圧力センサ２２は、吸気管２の内部の圧力（吸気管圧）を検出する。つまり、第１圧力センサ２２は、スロットル弁２１よりも下流側の吸気管圧を検出する。以下、説明の便宜上、スロットル弁２１よりも下流側の吸気管圧を「吸気管圧Ｐｉ」ともいう。

燃焼室１の下方には、クランクケース５が設けられている。クランクケース５は、クランク軸の軸受構造を保持する。クランクケース５には、第２圧力センサ６が取り付けられている。第２圧力センサ６は、クランクケース５の内部の圧力（以下、「クランクケース圧Ｐｃ」ともいう。）を検出する。

図１に示すシステムは、駆動源としての電動機７を備えている。電動機７は、例えば、永久磁石型交流同期電動モータによって構成されている。電動機７の回転軸は、エンジン１０のクランク軸と連結されている。電動機７は、力行駆動によって発生したモータトルクを、クランク軸に付与する。電動機７は、回生駆動によって発電機としても動作する。電動機７は、電動機７で発電された電力を蓄電するバッテリに接続されている。

図１に示すシステムは、制御装置としてのＥＣＵ（Electric Control unit）４を備えている。ＥＣＵ４は、入出力インターフェース、メモリ、および、ＣＰＵを備えている。入出力インターフェースは、各種センサからセンサ信号を取り込み、各種アクチュエータに対して操作信号を出力するために設けられている。メモリには、各種の制御プログラム、マップ等が記憶されている。ＣＰＵは、制御プログラム等をメモリから読み出して実行し、取り込んだセンサ信号に基づいて各種アクチュエータの操作信号を生成する。

各種センサには、第１圧力センサ２２および第２圧力センサ６が含まれる。各種アクチュエータには、電動機７、点火プラグ１１（点火コイル）、吸気バルブ制御機構１３、排気バルブ制御機構１５、燃料噴射弁１６およびスロットル弁２１が含まれる。

２．ハイブリット車両の問題点
本実施の形態１に係るシステムでは、エンジン１０での燃料消費率の改善、および、バッテリへの充電を目的として、エンジン１０の停止と再始動を頻繁に実施する。エンジン１０の停止は、所定の停止条件が成立した場合に行われる。エンジン１０の停止には、アイドリングストップ運転、間欠停止運転などの停止態様も含まれる。エンジン１０の停止は、停止指令（停止要求）を受け付けたＥＣＵ４が、燃料噴射弁１６からの燃料噴射を停止することによって実現する。

エンジン１０の再始動は、エンジン１０の停止中に所定の再始動条件が成立した場合に行われる。エンジン１０の再始動は、始動指令（始動要求）を受け付けたＥＣＵ４が、燃料噴射弁１６からの燃料噴射を開始することによって実現する。燃料噴射を停止してからクランク軸の回転が停止するまでの間（以下、「エンジン停止時」ともいう。）、エンジン１０はクランキング状態となる。クランク軸の回転を再開してから燃料噴射が再開されるまでの間も、エンジン１０はクランキング状態となる。

エンジン停止時においては、スロットル弁を閉じるのが一般的である。スロットル弁を閉じることで、クランキングに伴うエンジンの吸入動作（より正確には、吸気バルブの開弁中のピストンの下降動作）によって筒内に吸い込まれた空気が、その後の圧縮動作（より正確には、ピストンの上昇動作）によって圧縮されて振動が発生するのを抑えることができる。ただし、停止要求の直後にスロットル弁を閉じると、次の問題が生じる。この問題について、図２乃至図３を参照して説明する。

図２の時刻ｔ１は、停止要求が出された時刻に相当する。図２においては、停止要求の直後にスロットル弁を閉じているので、時刻ｔ１以降のスロットル弁の開度（スロットル開度）は、徐々に小さくなっている。また、時刻ｔ１以降は燃料噴射を停止していることから、エンジンの回転速度（回転数）が低下している。ただし、エンジンの回転速度が下がり切るまでの間は、クランキングに伴って吸気管内の空気の一部が筒内を経由して排気管に向かう。そのため、時刻ｔ１の直後にスロットル弁を閉じると、吸気管圧Ｐｉが一連のクランキング動作に伴って低下する。

吸気管圧Ｐｉが低下する方向は、負圧が増大する方向である。そのため、負圧が増大した状態の吸気管と燃焼室が連通すると、燃焼室内の負圧も増大する。そうすると、クランクケースと燃焼室の間で圧力差が大きくなる（ただし、クランクケース圧Ｐｃ＞燃焼室内の圧力）。そして、この圧力差が大きくなると、オイル上がり現象が起こり易くなる。図３は、オイル上がり現象を説明する図である。図３に示すように、オイル上がり現象は、クランクケース内のオイルが、シリンダボアとピストンの隙間を通って燃焼室に流入する現象である。クランクケースと燃焼室の間の圧力差が大きくなると、オイルの流入量が増加する。

３．実施の形態１の制御の特徴
オイル上がり現象の発生を抑えるため、本実施の形態１では、エンジン停止時に次の制御（以下、エンジン停止時の制御を「停止時制御」ともいう。）を行う。図４は、本実施の形態１においてＥＣＵ４が行う停止時制御の流れを説明するフローチャートである。なお、図４に示すルーチンは、所定の制御周期で繰り返し実行されるものとする。

図４に示すルーチンにおいて、先ず、ＥＣＵ４は、エンジン１０に対する停止指令の有無を判定する（ステップＳ１）。停止指令の有無は、例えば、上述した所定の停止条件の成否に基づいて判定することができる。停止指令の有無は、イグニッションＯＦＦ信号の検出の有無に基づいて判定することもできる。停止指令があると判定した場合、ＥＣＵ４は、燃料噴射を停止する（ステップＳ２）。

ステップＳ２に続き、ＥＣＵ４は、吸気管圧Ｐｉ≧クランクケース圧Ｐｃの成否を判定する（ステップＳ３）。吸気管圧Ｐｉ＜クランクケース圧Ｐｃであると判定した場合、ＥＣＵ４は、スロットル弁開制御を行い（ステップＳ４）、ステップＳ３に戻る。スロットル弁開制御は、具体的に、スロットル弁２１を開き側に操作する制御である。この制御によれば、吸気管圧Ｐｉの低下を抑えることができるので、オイル上がり現象の発生を抑えることができる。

ステップＳ３において、吸気管圧Ｐｉ≧クランクケース圧Ｐｃであると判定した場合、ＥＣＵ４は、スロットル弁２１を閉じ（ステップＳ５）、電動機制御を行う（ステップＳ６）。ステップＳ６の電動機制御は、具体的に、電動機７を駆動してクランク軸の回転方向とは逆の方向に作用するトルクを出力する制御である。この制御によれば、吸気管圧Ｐｉ≧クランクケース圧Ｐｃが成立した時点からクランク軸の回転が停止するまでの時間を短縮できる。

ステップＳ６に続き、ＥＣＵ４は、エンジン１０が完全に停止したか否かを判定する（ステップＳ７）。エンジン１０の完全停止は、例えば、クランク軸の回転に基づいて判定することができる。エンジン１０が完全に停止していないと判定した場合、ＥＣＵ４はステップＳ３に戻る。つまり、エンジン１０が完全に停止するまでの間、ステップＳ３〜Ｓ７は繰り返して行われる。

４．実施の形態１の停止時制御による効果
以上説明した実施の形態１の制御によれば、エンジン停止時における吸気管圧Ｐｉとクランクケース圧Ｐｃの大小関係に基づいて、スロットル弁２１が操作される。すなわち、吸気管圧Ｐｉがクランクケース圧Ｐｃ未満であれば、スロットル弁が開き側に操作される。そのため、スロットル弁よりも下流側の吸気管圧がクランクケース圧未満となる状態を抑えることができる。したがって、エンジン停止時のクランキングに伴いオイル上がり現象が起こるのを抑えることができる。

また、吸気管圧Ｐｉがクランクケース圧Ｐｃ以上であれば、スロットル弁２１が閉じ側に操作される。そのため、クランキングに伴う吸入動作によって筒内に吸い込まれる空気を少なくすることができる。更に、スロットル弁２１を閉じ側に操作した場合は、電動機７の駆動によってクランク軸に逆回転方向のトルクが加えられる。そのため、クランク軸の回転が停止するまでの時間を短縮して、クランキングに伴う吸入動作によって筒内に吸い込まれた空気が、その後の圧縮動作によって圧縮されて振動が発生する回数を減らすこともできる。したがって、エンジン停止時の振動の発生を抑えることができる。

実施の形態２．
次に、図５を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。なお、上記実施の形態１と重複する説明については、適宜省略する。

１．実施の形態２の制御の特徴
本実施の形態２では、図１で説明した第２圧力センサ６を、大気圧Ｐａを検出する圧力センサに置き換えたシステム構成において、次の停止時制御を行う。図５は、本実施の形態２においてＥＣＵ４が行う停止時制御の流れを説明するフローチャートである。なお、図５に示すルーチンは、所定の制御周期で繰り返し実行されるものとする。

図５に示すルーチンにおいて、ＥＣＵ４は、ステップＳ２に続き、吸気管圧Ｐｉ≧大気圧Ｐａの成否を判定する（ステップＳ８）。吸気管圧Ｐｉ＜大気圧Ｐａであると判定した場合、ＥＣＵ４は、スロットル弁開制御を行い（ステップＳ４）、ステップＳ８に戻る。吸気管圧Ｐｉ≧大気圧Ｐａが成立すると判定した場合、ＥＣＵ４は、スロットル弁２１を閉じ（ステップＳ５）、電動機制御を行う（ステップＳ６）。

２．実施の形態２の停止時制御による効果
上記実施の形態１では、吸気管圧Ｐｉとクランクケース圧Ｐｃを比較した。これに対し、本実施の形態２では、吸気管圧Ｐｉと大気圧Ｐａを比較し、上記実施の形態１の停止時制御に類似する停止時制御を行う。したがって、実施の形態２の停止時制御によれば、上記実施の形態１の停止時制御で行った判定よりも簡易な判定に基づいて、上記実施の形態１の停止時制御による効果と同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。なお、上記実施の形態１と重複する説明については、適宜省略する。

１．実施の形態３の制御の特徴
本実施の形態３では、図１で説明したシステム構成において、次の停止時制御を行う。図６は、本実施の形態３においてＥＣＵ４が行う停止時制御の流れを説明するフローチャートである。なお、図６に示すルーチンは、所定の制御周期で繰り返し実行されるものとする。

図６に示すルーチンにおいて、ＥＣＵ４は、ステップＳ２に続き、吸排気バルブ制御を行う（ステップＳ９）。吸排気バルブ制御は、吸気バルブ１２の閉弁時期を遅角し、且つ、排気バルブ１４の開弁時期を進角する制御である。この制御によれば、燃焼室１内の有効圧縮比が低下するので、ステップＳ６の電動機制御において電動機７の出力を低減することができる。ステップＳ９以降の処理は、図４で説明した通りである。

２．実施の形態３の停止時制御による効果
本実施の形態３では、上記実施の形態１の停止時制御に追加する形で、吸排気バルブ制御が行われる。そして、吸排気バルブ制御によれば、電動機制御における電動機７の出力を低減することができる。したがって、実施の形態３の停止時制御によれば、電動機７の駆動に伴う消費電力を抑えつつ、上記実施の形態１の停止時制御による効果を得ることができる。

実施の形態４．
最後に、図７を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。なお、上記実施の形態１乃至３と重複する説明については、適宜省略する。

１．実施の形態４の制御の特徴
本実施の形態４では、実施の形態２のシステム構成（すなわち、第２圧力センサ６を大気圧センサに置き換えたシステム構成）において、次の停止時制御を行う。図７は、本実施の形態４においてＥＣＵ４が行う停止時制御の流れを説明するフローチャートである。なお、図７に示すルーチンは、所定の制御周期で繰り返し実行されるものとする。

図７に示すルーチンにおいて、ＥＣＵ４は、ステップＳ９に続き、吸気管圧Ｐｉ≧大気圧Ｐａが成立するか否かを判定する（ステップＳ１０）。吸気管圧Ｐｉ＜大気圧Ｐａであると判定した場合、ＥＣＵ４は、スロットル弁開制御を行い（ステップＳ４）、ステップＳ１０に戻る。吸気管圧Ｐｉ≧大気圧Ｐａが成立すると判定した場合、ＥＣＵ４は、スロットル弁２１を閉じ（ステップＳ５）、電動機制御を行う（ステップＳ６）。

２．実施の形態４の停止時制御による効果
本実施の形態４では、上記実施の形態２と３の停止時制御を組み合わせた停止時制御が行われる。したがって、実施の形態４の停止時制御によれば、上記実施の形態３の停止時制御で行った判定よりも簡易な判定に基づいて、上記実施の形態３の停止時制御による効果と同様の効果を得ることができる。

１ 燃焼室
２ 吸気管
４ ＥＣＵ
５ クランクケース
６ 第２圧力センサ
７ 電動機
１０ エンジン
２１ スロットル弁
２２ 第１圧力センサ

Claims (1)

1. ハイブリット車両を制御する車両の制御装置であって、
   前記ハイブリット車両は、
   エンジンと、
   前記エンジンのクランク軸に動力を伝達する電動機と、
   前記エンジンの吸気管に設けられたスロットル弁と、
   前記スロットル弁よりも下流側の吸気管圧を検出する第１圧力センサと、
   前記エンジンのクランクケース圧または大気圧を検出する第２圧力センサと、
   を備え、
   前記制御装置は、エンジン停止時、前記クランクケース圧または大気圧と、前記吸気管圧との比較に基づいた停止時制御を行うように構成され、
   前記停止時制御において、前記制御装置は、
   前記吸気管圧が前記クランクケース圧未満の場合、または、前記吸気管圧が大気圧未満の場合、前記スロットル弁を開方向に操作し、
   前記吸気管圧が前記クランクケース圧以上の場合、または、前記吸気管圧が大気圧以上の場合、前記スロットル弁を閉方向に操作し、且つ、前記クランク軸の逆回転方向に作用するトルクを出力するように前記電動機を駆動する
   ことを特徴とする車両の制御装置。

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