JP2023070953A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ドライバビリティを確保しつつエンジンを早期に再始動できるハイブリッド車両の制御装置を提供することを課題とする。【解決手段】複数の気筒を有したエンジン、前記エンジンと車輪との動力伝達経路に設けられたモータ、及び前記動力伝達経路での前記エンジンと前記モータとの間に設けられたクラッチ、を備えたハイブリッド車両の制御装置において、前記クラッチが解放状態で燃焼が停止し惰性回転している前記エンジンに再始動要求がある場合に、前記クラッチをスリップ状態にして前記モータにより前記エンジンのクランキングを開始するクランキング制御部と、クランキング開始後に初めてクランク角度が圧縮上死点を超えた気筒の後に、クランク角度が圧縮上死点を超える予定の気筒から燃焼を開始する燃焼制御部と、を備えたハイブリッド車両の制御装置。【選択図】図３

Description

本発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関する。

エンジンの自動停止後に、クランキングによりエンジンが再始動する場合がある。この再始動の際にエンジンの逆回転が検出されると、燃料への点火を禁止して、逆回転の助長を防ぐ技術がある（例えば特許文献１参照）。

特開２０１３－１８５４４４号公報

上記の技術はエンジンの逆回転自体を防止するものではないため、逆回転が生じた場合にはエンジンを再始動するのに時間を要する。また、このような逆回転を防止するために、エンジンをクランキングするトルクを急激に増大させることも考えられる。例えばハイブリッド車両では、走行用駆動源であるモータを用いてエンジンをクランキングする場合がある。この場合にクランキングトルクを急激に増大させると、モータ走行中においては、モータの出力トルクのうちクランキングトルクが占める割合が増大する。これにより、走行のためのトルクが低下して、ドライバビリティに影響を与えるおそれがある。

そこで本発明は、ドライバビリティを確保しつつエンジンを早期に再始動できるハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的は、複数の気筒を有したエンジン、前記エンジンと車輪との動力伝達経路に設けられたモータ、及び前記動力伝達経路での前記エンジンと前記モータとの間に設けられたクラッチ、を備えたハイブリッド車両の制御装置において、前記クラッチが解放状態で燃焼が停止し惰性回転している前記エンジンに再始動要求がある場合に、前記クラッチをスリップ状態にして前記モータにより前記エンジンのクランキングを開始するクランキング制御部と、クランキング開始後に初めてクランク角度が圧縮上死点を超えた気筒の後に、クランク角度が圧縮上死点を超える予定の気筒から燃焼を開始する燃焼制御部と、を備えたハイブリッド車両の制御装置によって達成できる。

本発明によれば、ドライバビリティを確保しつつエンジンを早期に再始動できるハイブリッド車両の制御装置を提供できる。

図１は、ハイブリッド車両の概略構成図である。 図２は、エンジンの概略構成図である。 図３は、エンジン再始動制御の一例を示したタイミングチャートである。 図４は、ＥＣＵが実行するエンジン再始動制御の一例を示したフローチャートである。

［ハイブリッド車両の概略構成］
図１は、ハイブリッド車両１の概略構成図である。ハイブリッド車両１には、エンジン１０から車輪１３までの動力伝達経路に、Ｋ０クラッチ１４、モータ１５、トルクコンバータ１８、及び自動変速機１９が順に設けられている。エンジン１０及びモータ１５は、ハイブリッド車両１の走行用駆動源として搭載されている。エンジン１０は、例えばＶ型６気筒ガソリンエンジンであり、気筒♯１～♯６を備えているがこれに限定されない。エンジン１０は、複数の気筒を有していれば、直列型のガソリンエンジンであってもよいし、ディーゼルエンジンであってもよい。Ｋ０クラッチ１４、モータ１５、トルクコンバータ１８、及び自動変速機１９は、変速ユニット１１内に設けられている。変速ユニット１１と左右の車輪１３とは、ディファレンシャル１２を介して駆動連結されている。

Ｋ０クラッチ１４は、同動力伝達経路上のエンジン１０とモータ１５との間に設けられている。Ｋ０クラッチ１４は、油圧の供給に応じて、解放状態、スリップ状態、及び係合状態の何れかに切り替えられる。詳細には、Ｋ０クラッチ１４が解放状態の場合に油圧供給により、スリップ状態又は係合状態となり、エンジン１０とモータ１５との動力伝達が接続される。また、Ｋ０クラッチ１４は、油圧供給の停止に応じて解放状態となって、エンジン１０とモータ１５との動力伝達を遮断する。尚、スリップ状態とは、Ｋ０クラッチ１４のエンジン１０側の係合要素とモータ１５側の係合要素とが所定の回転数差を有して摺接している状態である。係合状態とは、Ｋ０クラッチ１４の両係合要素が連結しエンジン１０とモータ１５とが同じ回転数となっている状態である。解放状態とは、Ｋ０クラッチ１４の双方の係合要素が離間した状態である。

モータ１５は、インバータ１７を介してバッテリ１６に接続されている。モータ１５は、バッテリ１６からの給電に応じてハイブリッド車両１の駆動力を発生するモータとして機能し、更にエンジン１０や車輪１３からの動力伝達に応じてバッテリ１６に充電する電力を発電する発電機としても機能する。モータ１５とバッテリ１６との間で授受される電力は、インバータ１７により調整されている。

インバータ１７は、後述するＥＣＵ１００によって制御され、バッテリ１６からの直流電圧を交流電圧に変換し、またはモータ１５からの交流電圧を直流電圧に変換する。モータ１５がトルクを出力する力行運転の場合、インバータ１７はバッテリ１６の直流電圧を交流電圧に変換してモータ１５に供給される電力を調整する。モータ１５が発電する回生運転の場合、インバータ１７はモータ１５からの交流電圧を直流電圧に変換してバッテリ１６に供給される電力を調整する。

トルクコンバータ１８は、トルク増幅機能を有した流体継ぎ手である。自動変速機１９は、ギア段の切替えにより変速比を多段階に切替える有段式の自動変速機である。自動変速機１９は、動力伝達経路上のモータ１５と車輪１３の間に設けられている。トルクコンバータ１８を介して、モータ１５と自動変速機１９とが連結されている。トルクコンバータ１８には、油圧の供給を受けて係合状態となってモータ１５と自動変速機１９とを直結するロックアップクラッチ２０が設けられている。

変速ユニット１１には、更にオイルポンプ２１と油圧制御機構２２とが設けられている。オイルポンプ２１で発生した油圧は、油圧制御機構２２を介して、Ｋ０クラッチ１４、トルクコンバータ１８、自動変速機１９、及びロックアップクラッチ２０にそれぞれ供給されている。油圧制御機構２２には、Ｋ０クラッチ１４、トルクコンバータ１８、自動変速機１９、及びロックアップクラッチ２０のそれぞれの油圧回路と、それらの作動油圧を制御するための各種の油圧制御弁と、が設けられている。

ハイブリッド車両１には、同ハイブリッド車両の制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００が設けられている。ＥＣＵ１００は、車両の走行制御に係る各種演算処理を行う演算処理回路と、制御用のプログラムやデータが記憶されたメモリと、を備える電子制御ユニットである。ＥＣＵ１００は、ハイブリッド車両の制御装置の一例であり、詳しくは後述するクランキング制御部及び燃焼制御部を機能的に実現する。

ＥＣＵ１００は、エンジン１０及びモータ１５の駆動を制御する。具体的にはＥＣＵ１００は、エンジン１０のスロットル開度、点火時期、燃料噴射量を制御することにより、エンジン１０の回転数やトルクを制御する。ＥＣＵ１００は、インバータ１７を制御してモータ１５とバッテリ１６との間での電力の授受量を調整することで、モータ１５の回転数やトルクを制御する。またＥＣＵ１００は、油圧制御機構２２の制御を通じて、Ｋ０クラッチ１４やロックアップクラッチ２０、自動変速機１９の駆動制御を行う。

ＥＣＵ１００には、イグニッションスイッチ７１、クランク角センサ７２、モータ回転数センサ７３、及びエアフロメータ７４からの信号が入力される。クランク角センサ７２は、エンジン１０のクランクシャフトの回転速度を検出する。モータ回転数センサ７３は、モータ１５の出力軸の回転速度を検出する。エアフロメータ７４は、エンジン１０の吸入空気量を検出する。

ＥＣＵ１００は、モータモード及びハイブリッドモードの何れかの走行モードでハイブリッド車両１を走行させる。モータモードでは、ＥＣＵ１００はＫ０クラッチ１４を解放し、モータ１５の動力により走行する。ハイブリッドモードでは、ＥＣＵ１００はＫ０クラッチ１４を係合状態に切り替えて少なくともエンジン１０の動力により走行する。尚、ハイブリッドモードでは、エンジン１０のみの動力で走行するモード、モータ１５を力行運転させてエンジン１０及びモータ１５の双方を動力源として走行するモードを含む。

走行モードの切り替えは、車速やアクセル開度から求められた車両の要求駆動力と、バッテリ１６の充電状態などに基づいて行われる。例えば、要求駆動力が比較的小さくバッテリ１６の蓄電残量を示すＳＯＣ（State Of Charge）が比較的高い場合には、燃費を向上させるためにエンジン１０を停止したモータモードが選択される。要求駆動力が比較的大きい場合やバッテリ１６のＳＯＣが比較的低い場合には、少なくともエンジン１０が駆動したハイブリッドモードが選択される。

ＥＣＵ１００は、ハイブリッドモード又はエンジンモードにおいて、所定の停止条件が成立した場合にエンジン１０を自動停止させ、所定の再始動条件が成立した場合に自動停止したエンジン１０を再始動させる間欠運転制御を実行する。例えばＥＣＵ１００は、ハイブリッドモード又はエンジンモードにおいてアクセル開度がゼロになった場合に、自動停止条件が成立したものとしてエンジン１０を自動停止させる。また、ＥＣＵ１００は、アクセル開度がゼロよりも大きくなった場合に、再始動条件が成立したものとしてエンジン１０を自動で再始動させる。尚、エンジン１０を自動停止させる際には、ＥＣＵ１００はＫ０クラッチ１４を解放して燃料噴射を停止する。エンジン１０を自動で再始動させる際には、ＥＣＵ１００はＫ０クラッチ１４を介してモータ１５によりエンジン１０をクランキングして燃料噴射及び点火を開始し、その後にＫ０クラッチ１４を係合させる。

［エンジンの概略構成］
図２は、エンジン１０の概略構成図である。エンジン１０は、気筒♯１、ピストン３１、コネクティングロッド３２、クランク軸３３、吸気通路３５、吸気バルブ３６、排気通路３７、及び排気バルブ３８を有している。図２には、エンジン１０が有する複数の気筒♯１～♯６のうち気筒♯１のみを示している。気筒♯１では混合気の燃焼が行われる。ピストン３１は、気筒♯１に往復動可能に収容され、エンジン１０の出力軸であるクランク軸３３にコネクティングロッド３２を介して連結されている。コネクティングロッド３２及びクランク軸３３は、ピストン３１の往復運動をクランク軸３３の回転運動に変換する。

吸気通路３５は、気筒♯１の吸気ポート３５ｐに吸気バルブ３６を介して接続されている。排気通路３７は、気筒♯１の排気ポート３７ｐに排気バルブ３８を介して接続されている。吸気通路３５には、上述したエアフロメータ７４、及び吸入空気量を調整するスロットル弁４０が設けられている。排気通路３７には排気浄化用の触媒４３が設けられている。

気筒♯１には筒内噴射弁４１が設けられている。筒内噴射弁４１は気筒♯１内に直接燃料を噴射する。尚、筒内噴射弁４１に加えて、または筒内噴射弁４１の代わりに、吸気ポートに向けて燃料を噴射するポート噴射弁が設けられていてもよい。各気筒♯１には、吸気通路３５を通じて導入された吸気と筒内噴射弁４１が噴射した燃料との混合気を火花放電により点火する点火装置４２が設けられている。

［エンジン再始動制御］
上述したように間欠運転制御の実行中において、アクセル開度がゼロとなってエンジン１０が自動停止した直後に、再びアクセル開度が増大してエンジン１０の再始動が要求される場合がある。また、エンジン１０の始動失敗後に、エンジン１０の再始動が要求される場合もある。このような再始動要求時にエンジン１０は、燃焼は停止しているが惰性で回転している場合がある。この場合には、エンジン１０の惰性回転中にＫ０クラッチ１４を介してモータ１５によりクランキングが開始され、エンジン１０が再始動される。

再始動時のエンジン１０には、正回転方向のトルクと逆回転方向のトルクとが作用する。正方向回転のトルクは、主にクランキング開始直前の惰性回転中でのイナーシャトルクと、モータ１５によるクランキングトルクと、燃焼開始により生じる燃焼トルクとによるものである。イナーシャトルクは、惰性回転中でのエンジン回転数が大きいほど増大する。また、モータ１５によるクランキングトルクは、クランキング開始直前のゼロの状態から徐々に増大する。

逆回転方向のトルクは、主に筒内でピストン３１により圧縮された空気の反発力によるものである。燃焼開始前の惰性回転中であっても、ピストン３１の往復と吸気バルブ３６及び排気バルブ３８の開閉とにより、空気の筒内への導入、圧縮、及び排出が繰り返されているからである。このような圧縮空気の反発力は、クランク角が圧縮下死点から圧縮上死点に近づくにつれ増大し、圧縮上死点で最大となる。従ってエンジン１０の再始動の際に、正回転方向のトルクが逆回転方向のトルクよりも大きいと、エンジン１０の逆回転を抑制してエンジン１０を再始動することができる。

ここで、惰性回転中でのエンジン回転数が低くクランキングトルクも小さい状態で燃焼が開始されると、正回転方向のトルクよりも逆回転方向のトルクが増大し、エンジン１０が逆回転するおそれがある。従って、クランキング開始直後から正回転方向のトルクが逆回転方向よりも常時大きくなるように、モータ１５のクランキングトルクを急激に増大させることが考えられる。しかしながらハイブリッド車両１がモータ１５により走行中であった場合には、モータ１５の出力トルクのうちクランキングトルクが占める割合が増大する。このため、走行のためのトルクが低下してドライバビリティに影響を与えるおそれがある。

本実施例では、ＥＣＵ１００はエンジン１０のクランキング開始後に初めてクランク角度が圧縮上死点を超えた気筒の後に、クランク角度が圧縮上死点を超える予定の気筒から燃焼を開始する。換言すれば、クランキング開始後に最初にクランク角度が圧縮上死点を超える気筒では燃焼が停止され、２番目にクランク角度が圧縮上死点を超える予定の気筒から燃焼が開始される。クランキング開始からクランキングトルクを徐々に増大させたとしても、クランキング開始後に初めてクランク角度が圧縮上死点を超えた後には、クランキングトルクは十分に増大している。このため、次にクランク角度が圧縮上死点を超える予定の気筒から燃焼を開始することにより、エンジン１０の逆回転を抑制することができる。尚、エンジン１０はＶ型６気筒ガソリンエンジンであるため、気筒♯１～♯６のそれぞれが圧縮上死点となるクランク角度は、例えば０度、１２０度、２４０度、３６０度、４８０度、６００度である。

図３は、エンジン始動制御の一例を示したタイミングチャートである。図３には、エンジン回転数［ｒｐｍ］、モータ回転数［ｒｐｍ］、Ｋ０クラッチ１４の状態、経過クランク角度［ｄｅｇ］、及びエンジン１０での燃焼状態を示している。経過クランク角度とは、エンジン１０のクランキングが開始されてから経過したクランク角度である。モータ回転数は一点鎖線で示しており、その他は実線で示している。

時刻ｔ０では、Ｋ０クラッチ１４が解放状態でモータ１５により走行中であり、エンジン１０は燃焼が停止して惰性回転中であり、エンジン回転数が徐々に低下している。エンジン回転数が所定回転数α以下でエンジン１０の再始動要求があると、時刻ｔ１でＫ０クラッチ１４が解放状態からスリップ状態に切り替えられ、エンジン１０のクランキングが開始される。所定回転数αは、クランキング開始後に最初にクランク角度が圧縮上死点となる気筒から燃焼を開始した場合に、エンジン１０が逆回転するおそれがあるエンジン回転数の最大値に設定されている。所定回転数αは予め実験により取得され、ＥＣＵ１００のメモリに記憶されている。

経過クランク角度が所定角度θ以下では燃焼が停止され、経過クランク角度が所定角度θを超えた時刻ｔ２以降で燃焼が開始される。ここで所定角度θは、クランキング開始時点でのクランク角度から、最初の圧縮上死点までのクランク角度である。従って所定角度θは、クランキング開始時点でのクランク角度に応じて変動する変動値である。所定角度θは、クランキング開始後に最初に圧縮上死点となるクランク角度から、クランキング開始時点でのクランク角度を減算することにより算出される。

エンジン１０の燃焼が開始されると、エンジン回転数がモータ回転数にまで上昇して、時刻ｔ３でＫ０クラッチ１４がスリップ状態から係合状態に切り替えられる。このようにしてエンジン１０が再始動される。

［ＥＣＵが実行するエンジン再始動制御］
図４は、ＥＣＵ１００が実行するエンジン再始動制御の一例を示したフローチャートである。本制御は、イグニッションがオンの状態で所定の周期ごとに繰り返し実行される。ＥＣＵ１００は、エンジン１０の再始動要求があるか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１でＮｏの場合には、本制御を終了する。

ステップＳ１でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ１００はエンジン回転数が所定回転数α以下であるか否かを判定する（ステップＳ２）。ステップＳ２でＮｏの場合、即ちエンジン１０の再始動要求があった時点でのエンジン回転数が比較的高い場合、ＥＣＵ１００はエンジン１０のクランキングを開始して（ステップＳ３）、燃焼を開始する（ステップＳ４）。エンジン回転数が所定回転数αよりも大きい場合には、正回転方向のイナーシャトルクが未だに大きく、クランキング開始後に初めてクランク角度が圧縮上死点となる気筒から燃焼を開始しても、逆回転のおそれは少ないからである。

ステップＳ２でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ１００はエンジン回転数が０より大きいか否か、換言すればエンジン１０が停止していないか否かを判定する（ステップＳ５）。ステップＳ５でＮｏの場合、即ちエンジン１０の回転が停止している場合には、ＥＣＵ１００は回転停止時間が所定時間Ｔ以下であるか否かを判定する（ステップＳ６）。所定時間Ｔは、回転停止してから筒内圧力が大気圧に戻るのに必要な時間に設定されている。ステップＳ６でＮｏの場合、即ちエンジン１０の回転が停止して所定時間Ｔが経過した場合には、ＥＣＵ１００はエンジン１０のクランキングを開始して（ステップＳ３）、燃焼を開始する（ステップＳ４）。回転停止から所定時間Ｔ経過後では筒内圧力が大気圧に戻っているため、クランキング開始後の最初にクランク角度が圧縮上死点となる気筒内での圧縮空気の反発力は弱く、この気筒から燃焼を開始しても逆回転のおそれは少ないからである。

ステップＳ５又はＳ６でＹｅｓの場合、ＥＣＵ１００はモータ１５によるエンジン１０のクランキングを開始し（ステップＳ７）、経過クランク角度が所定角度θ以下であるか否かを判定する（ステップＳ８）。ステップＳ７の処理は、クランキング制御部が実行する処理の一例である。ステップＳ８でＹｅｓの場合、ＥＣＵ１００は再度ステップＳ８の処理を実行する。ステップＳ８でＮｏの場合、ＥＣＵ１００は、クランク角度が所定角度θを超えてから次にクランク角度が圧縮上死点となる予定の気筒から燃焼を開始する（ステップＳ４）。ステップＳ４及びＳ８の処理は、燃焼制御部が実行する処理の一例である。

このようにクランキング開始後に初めてクランク角度が圧縮上死点を超える気筒では燃焼を停止し、次にクランク角度が圧縮上死点を超える予定の気筒から燃焼を開始する。これにより、エンジン１０の逆回転を抑制して早期に再始動することができる。また、クランキングトルクを急激に増大させることなくエンジン１０を再始動することができるため、モータ１５により走行中であっても、ドライバビリティに影響を与えることなくエンジン１０を再始動することができる。

上記実施例ではクランキング開始後の２番目にクランク角度が圧縮上死点を超える気筒から燃焼を開始したがこれに限定されない。例えば、クランキング開始後の３番目以降にクランク角度が圧縮上死点を超える気筒から燃焼を開始してもよい。例えばモータ１５によるクランキングトルクの上昇が緩やかであり、クランキング開始後に２番目にクランク角度が圧縮上死点となる時点でもクランキングトルクが十分ではない場合に好適である。但し、エンジン回転数が自立運転可能となるまでの間に燃焼を開始する必要がある。また、エンジン１０を早期に再始動する観点からは、上記実施例のようにできるだけ早く燃焼を開始することが好ましい。

また、上記実施例ではエンジン回転数が所定回転数α以下の場合に、クランキング開始後に初めてクランク角度が圧縮上死点を超える気筒については燃焼を停止したが、これに限定されない。即ち、惰性回転中でのエンジン回転数に関わらずに、常にクランキング開始後に初めてクランク角度が圧縮上死点を超える気筒については燃焼を停止してもよい。惰性回転中での正回転方向のイナーシャトルクは、エンジン１０のフリクションロスが大きい場合には早期に低下し、惰性回転中でのエンジン回転数が高い場合であっても、クランキング開始後に直ちに燃焼を開始すると逆回転する場合があり得るからである。

上記実施例では、単一のＥＣＵ１００によりハイブリッド車両を制御する場合を例示したが、これに限定されず、例えばエンジン１０を制御するエンジンＥＣＵ、モータ１５を制御するモータＥＣＵ、Ｋ０クラッチ１４を制御するクラッチＥＣＵ等の複数のＥＣＵによって、上述した制御を実行してもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ エンジン
１４ Ｋ０クラッチ
１５ モータ
１００ ＥＣＵ（制御装置、クランキング制御部、燃焼開始部）

Claims (1)

1. 複数の気筒を有したエンジン、前記エンジンと車輪との動力伝達経路に設けられたモータ、及び前記動力伝達経路での前記エンジンと前記モータとの間に設けられたクラッチ、を備えたハイブリッド車両の制御装置において、
   前記クラッチが解放状態で燃焼が停止し惰性回転している前記エンジンに再始動要求がある場合に、前記クラッチをスリップ状態にして前記モータにより前記エンジンのクランキングを開始するクランキング制御部と、
   クランキング開始後に初めてクランク角度が圧縮上死点を超えた気筒の後に、クランク角度が圧縮上死点を超える予定の気筒から燃焼を開始する燃焼制御部と、を備えたハイブリッド車両の制御装置。

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