JP2023094990A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】走行モードの切り替えを円滑に行う。【解決手段】ハイブリッド車両の制御装置20は、クラッチ12を接続、かつエンジン11を稼働した状態で走行する第1走行モードから、クラッチ12を開放、かつエンジン11を停止した状態で走行する第2走行モードへの切り替えに際して、エンジン11の軸トルクを「0」まで減少させるとともに、その軸トルクの減少分、発電電動機13のトルクを増加させるトルクすり替え制御を行ってから、クラッチ12を開放する。制御装置20は、こうしたトルクすり替え制御中には、通常のエンジン制御時よりも、エンジン11に設けられた可変動弁機構によるバルブタイミングの変更速度を小さくしている。【選択図】図2

Description

本発明は、エンジンと発電電動機との2種の駆動源を備えるハイブリッド車両の制御装置に関する。
上記のようなハイブリッド車両の制御装置として、特許文献1に記載の装置が知られている。同文献の制御装置は、車輪に連結された発電電動機と、その発電電動機にクラッチを介して連結されるエンジンと、を備えるハイブリッド車両に搭載される。こうしたハイブリッド車両では、クラッチを接続してエンジンの動力を用いて走行するハイブリッド走行時と、エンジンを停止、かつクラッチを開放して発電電動機の動力で走行するEV走行と、を行える。特許文献1には、ハイブリッド走行からEV走行への切り替え時のエンジン停止やクラッチ開放に伴うトルク変化を、発電電動機のトルクにより補償することが記載されている。
特開2007-83796号公報
上記ハイブリッド車両のエンジンとして、吸排気バルブのバルブタイミングを可変とする可変動弁機構を備えるエンジンが採用されることがある。こうした可変動弁機構を備えるエンジンを搭載したハイブリッド車両では、ハイブリッド走行からEV走行への切り替え時のトルク変化を正確に予測ことが難しい。そのため、発電電動機によるトルク補償を適切に実施できずに、トルク変動が生じる虞がある。
上記課題を解決するハイブリッド車両の制御装置は、機関バルブのバルブタイミングを可変とする可変動弁機構を備えるエンジンと、発電電動機と、を走行用の駆動源として有するとともに、エンジンがクラッチを介して発電電動機に連結され、かつ同エンジンがクラッチ及び発電電動機を介して車輪に連結されたハイブリッド車両を制御する。同制御装置は、ハイブリッド車両の走行モードとして、クラッチを接続、かつエンジンを稼働した状態で走行する第1走行モードと、クラッチを開放、かつエンジンを停止した状態で走行する第2走行モードと、を有している。そして、同制御装置は、第1走行モードから第2走行モードへの切り替えに際して、エンジンの軸トルクを徐々に0に減ずるとともに、軸トルクの減少に応じて発電電動機のトルクを増加するトルクすり替え制御を行った後にクラッチを開放する。
トルクすり替え制御では、エンジンの軸トルクを予測して、その減少分を発電電動機により補償することで、車輪への伝達トルクの変動を抑えている。トルクすり替え制御でエンジンの軸トルクの減少は、例えばスロットル開度の縮小や点火時期の遅角を通じて行われる。
一方、可変動弁機構を備えるエンジンでは、軸トルクの減少に際して、吸排気バルブのバルブタイミングの変更が行われる。トルクすり替え制御中にバルブタイミングが急変すると吸気量も急変してしまうため、エンジンの軸トルクを正確に予測することが難しくなる。そして、軸トルクの予測が実値から乖離すると、軸トルクの減少分を発電電動機により適切に補償できなくなるため、車輪への伝達トルクが変動する虞がある。
これに対して、上記制御装置では、トルクすり替え制御中には、通常のエンジン制御時よりも、可変動弁機構によるバルブタイミングの変更速度を小さくしている。これにより、吸気量の急変が生じ難くなるため、トルクすり替え制御中の軸トルクの正確な予測が容易となる。そのため、発電電動機によるエンジンの軸トルクの減少分の補償を適切に実施し易くなる。したがって、上記制御装置は、トルクすり替え制御中のトルク変動を抑えるという効果を奏することができる。
なお、バルブオーバーラップ量が大きい状態のまま、吸気量が減少すると、内部EGRが過剰となって失火等の燃焼不良が生じることがある。そのため、吸気量の減少と共に、バルブオーバーラップ量を縮小することが望ましい。一方、バルブタイミングの変更速度を小さくすると、吸気量の減少に対して、バルブオーバーラップ量の縮小が遅れて、燃焼不良が生じる虞がある。そのため、上記制御装置は、エンジンの吸排気バルブのバルブオーバーラップ量が、同エンジンの吸気量に応じて設定される最大値以下となる範囲で、トルクすり替え制御中のバルブタイミングの変更速度を小さくするように構成することが望ましい。
制御装置の一実施形態が搭載されたハイブリッド車両の駆動系の構成を模式的に示す図である。 上記制御装置の構成を模式的に示す図である。 上記制御装置が実行する目標VT設定ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。 上記制御装置のトルクすり替え制御中の、(A)は実吸気量KL及び要求吸気量KL*の推移を、(B)は目標排気バルブタイミングのベース値VTEB及び徐変値VTESMの推移を、(C)は目標吸気バルブタイミングのベース値VTIB及び徐変値VTISMの推移を、(D)はエンジンの軸トルクTE及びMGトルクTMGの推移を、それぞれ示すタイムチャートである。
以下、ハイブリッド車両の制御装置の一実施形態を、図1~図4を参照して詳細に説明する。
<ハイブリッド車両10の駆動系の構成>
まず、図1を参照して、本実施形態の制御装置20が搭載されるハイブリッド車両10の駆動系の構成を説明する。図1に示すように、ハイブリッド車両10は、エンジン11と発電電動機13とを、走行用の駆動源として備えている。発電電動機13は、変速機14及びディファレンシャル15を介して車輪16に連結されている。また、発電電動機13は、クラッチ12を介してエンジン11に連結されている。すなわち、エンジン11は、クラッチ12及び発電電動機13を介して車輪16に連結されている。こうしたハイブリッド車両10では、クラッチ12が開放されると、エンジン11が車輪16から切り離される。
<制御装置20の構成>
次に、図2を参照して、上記ハイブリッド車両10の制御を行う制御装置20の構成を説明する。図2に示すように、制御装置20は、CPU21とROM22とを備える電子制御ユニットとして構成されている。CPU21は、ハイブリッド車両10の制御のための各種処理を実行する処理装置である。ROM22は、制御用のプログラムやデータを記憶した記憶装置である。制御装置20には、ハイブリッド車両10の各所に設けられたセンサの検出信号が入力されている。制御装置20に検出信号が入力される検出値には、アクセルペダル開度、車速等のハイブリッド車両10の走行状況を示す値が含まれる。また、同検出値には、エンジン回転数、スロットル開度、吸気流量といったエンジン11の運転状態を示す値が含まれる。そして、制御装置20は、それらの検出値に基づき、エンジン11、クラッチ12、発電電動機13、及び変速機14を制御している。
なお、エンジン11には、吸気の流路面積を可変とするスロットルバルブ23、混合気を点火する点火装置24、燃料を噴射するインジェクタ25を備えている。また、エンジン11は、機関バルブ、すなわち吸気バルブ及び排気バルブのバルブタイミングをそれぞれ可変とする吸気側、排気側の可変動弁機構を備えている。以下の説明では、吸気バルブのバルブタイミングを吸気バルブタイミング、排気バルブのバルブタイミングを排気バルブタイミングとそれぞれ記載する。また、吸気バルブタイミングを可変とする吸気側の可変動弁機構を吸気VVT26、排気バルブタイミングを可変とする排気側の可変動弁機構を排気VVT27とそれぞれ記載する。制御装置20は、エンジン11の制御として、スロットル開度、点火時期、燃料噴射量、及び吸排気のバルブタイミングの制御を行っている。
<走行モードの切り替え>
ハイブリッド車両10は、第1走行モード及び第2走行モードを備えている。第1走行モードは、クラッチ12を接続、かつエンジン11を稼働した状態で走行する走行モードである。一方、第2走行モードは、クラッチ12を開放、かつエンジン11を停止した状態で走行する走行モードである。そして、制御装置20は、アクセルペダルの踏込み量、車載電源の充電状態に基づき、走行モードを切り替えている。
制御装置20は、第1走行モードから第2走行モードへの走行モードの切り替えに際して制御装置20は、トルクすり替え制御を行う。トルクすり替え制御は、エンジン11の軸トルクを「0」に減少させるとともに、軸トルクの減少に応じて発電電動機13のトルクを増加する制御である。そして、制御装置20は、トルクすり替え制御が終了後に、クラッチ12の開放とエンジン11の停止とを行うことで、走行モードを第2走行モードに移行する。
制御装置20は、トルクすり替え制御において、スロットル開度の縮小による吸気の減量と、点火時期の遅角と、でのエンジン11の軸トルクを減少させる。具体的には、トルクすり替え制御に際して制御装置20は、エンジン11の運転中のスロットル開度の制御範囲の最小値であるオープナ開度へのスロットル開度の縮小を指令する。
なお、エンジン11の運転中に制御装置20は、スロットル開度や吸気流量等のエンジン11の運転状態に基づく推定により実吸気量KLを求めている。実吸気量KLは、エンジン11の燃焼室での燃焼に供される新気の量である。そして、トルクすり替え制御中の制御装置20は、実吸気量KLの推定値に基づき、エンジン11の軸トルクが既定のペースで減少していくように、点火時期遅角量を調整している。
<エンジン11のバルブタイミングの制御>
上記のように制御装置20は、エンジン11の制御の一環として、吸排気バルブのバルブタイミングの制御を行っている。吸排気バルブのバルブタイミングの制御に際して制御装置20は、エンジン11の運転状況に応じて目標吸気バルブタイミングVTI及び目標排気バルブタイミングVTEをそれぞれ設定する。そして、制御装置20は、吸気バルブタイミングを目標吸気バルブタイミングVTIとするように吸気VVT26を駆動する。また、制御装置20は、排気バルブタイミングを目標排気バルブタイミングVTEとするように排気VVT27を駆動する。
なお、以下の説明での吸気バルブタイミングは、その制御範囲の中でバルブタイミングが最も遅くなる最遅角位置からの同バルブタイミングの進角量を表わしている。また、以下の説明での排気バルブタイミングは、その制御範囲の中でバルブタイミングが最も遅くなる最遅角位置からの同バルブタイミングの進角量を表わしている。
図3に、目標吸気バルブタイミングVTI、及び目標排気バルブタイミングVTEの設定のため、制御装置20が実行する目標VT設定ルーチンの処理手順を示す。制御装置20は、エンジン11の運転中、既定の制御周期毎に本ルーチンを繰り返し実行する。
本ルーチンを開始すると、制御装置20はまず、ステップS100において、エンジン回転数NE、及び要求吸気量KL*に基づき、目標吸気バルブタイミングVTIのベース値VTIB、及び目標排気バルブタイミングVTEのベース値VTEBを演算する。なお、トルクすり替え制御中は、既定のアイドル吸気量が要求吸気量KL*の値として設定される。このときのベース値VTIB、VTEBには、吸排気バルブのバルブオーバーラップ量が「0」となる値がそれぞれ設定される。
続いて制御装置20は、ステップS110において、トルクすり替え制御中であるか否かを判定する。トルクすり替え制御中でない場合(NO)には、制御装置20は、ベース値VTIB、VTEBをそのまま目標吸気バルブタイミングVTI、目標排気バルブタイミングVTEのそれぞれの値として設定する。そして、制御装置20は、今回の本ルーチンの処理を終了する。
一方、トルクすり替え制御中の場合(S110:YES)には、制御装置20は、ステップS130に処理を進める。そして、制御装置20は、ステップS130において、ベース値VTIBに対して値の変化を抑える徐変処理を施した値を、目標吸気バルブタイミングVTIの徐変値VTISMの値として演算する。また、制御装置20は、同ステップS130において、ベース値VTEBに対して同様の徐変処理を施した値を、目標排気バルブタイミングVTEの徐変値VTESMの値として演算する。本実施形態では、式(1)を用いて演算されるベース値VTIBの移動平均値を徐変値VTISMの値として演算している。また、同様に、式(2)を用いて演算されるベース値VTEBの移動平均値を徐変値VTESMの値として演算している。なお、式(1)、(2)における「SM」は徐変度合を決める定数であり、その値には「1」よりも大きい値が設定されている。
Figure 2023094990000002
次に、制御装置20は、実吸気量KLの推定値に基づき、最大オーバーラップ量OLMAXの値が演算される。最大オーバーラップ量OLMAXは、エンジン11の現在の吸気量において、燃焼不良を回避可能なバルブオーバーラップ量の最大値を表わしている。こうした最大オーバーラップ量OLMAXは、実吸気量KLの減少に応じて小さくなる値として演算される。
さらに、制御装置20は、ステップS150において、徐変値VTESM、及び最大オーバーラップ量OLMAXから、目標吸気バルブタイミングVTIのガード値VTIOLMAXを演算する。ガード値VTIOLMAXは、排気バルブタイミングを徐変値VTESMとした場合に、吸排気バルブのバルブオーバーラップ量が最大オーバーラップ量OLMAXとなる吸気バルブタイミングを表わしている。
そして、制御装置20は、続くステップS160において、徐変値VTISM及びガード値VTIOLMAXのうちの小さい方の値、すなわち遅角側の値を目標吸気バルブタイミングVTIの値として設定する。また、同ステップS160において、制御装置20は、徐変値VTESMの値を徐変値VTESMの値を目標排気バルブタイミングVTEの値として設定する。そしてその後、制御装置20は今回の本ルーチンの処理を終了する。
<実施形態の作用効果>
図4に、トルクすり替え制御の実施態様の一例を示す。図4(A)は、トルクすり替え制御中の実吸気量KL及び要求吸気量KL*の推移を示している。図4(B)は、トルクすり替え制御中の目標吸気バルブタイミングVTIのベース値VTIB及び徐変値VTISMの推移を示している。図4(C)は、トルクすり替え制御中の目標排気バルブタイミングVTEのベース値VTEB及び徐変値VTESMの推移を示している。図4(D)は、トルクすり替え制御中のエンジン11の軸トルクTE及びMGトルクTMGの推移を示している。なお、MGトルクTMGは、発電電動機13が発生するトルクを表わしている。
制御装置20は、時刻t0にトルクすり替え制御を開始すると、同図(A)に示すように、要求吸気量KL*をアイドル吸気量に減少させる。これにより、スロットル開度の縮小が指令されて、実吸気量KLが減少し始める。なお、スロットルバルブ23の動作や吸気の搬送の応答遅れのため、実吸気量KLの減少はある程度の時間を掛けて徐々に進行する。
また、制御装置20は、トルクすり替え制御の開始後、エンジン11の軸トルクTEが一定のペースで減少していくように、実吸気量KLの推定値に基づき、点火時期遅角量を調整する。そして、制御装置20は、軸トルクTEの減少分、MGトルクTMGを増加させることで、車輪16への伝達トルクの変動を抑えている。制御装置20は、こうしたトルクすり替え制御を、エンジン11の軸トルクTEが「0」となるまで実施する。
なお、同図(B)、(C)に示すように、トルクすり替え制御を開始する時刻t0には、要求吸気量KL*の変更に応じて、目標吸気バルブタイミングVTI及び目標排気バルブタイミングVTEのベース値VTIB、VTEBの値が変化する。バルブオーバーラップ量が大きい状態のまま、実吸気量KLがアイドル吸気量まで減少すると、混合気に占める内部EGRガスの比率が高くなり過ぎて、失火等の燃焼不良が発生する虞がある。そのため、本実施形態では、トルクすり替え制御を開始する時刻t0に、バルブオーバーラップ量を「0」とする値にベース値VTIB、VTEBを変更している。バルブタイミングが変化すると、その影響は直ちに実吸気量KLに反映される。そのため、このときに変更されたベース値VTIB、VTEBをそのまま目標吸気バルブタイミングVTI及び目標排気バルブタイミングVTEに設定すると、実吸気量KLが急変する。その結果、制御装置20による実吸気量KLの推定値が実値から乖離することがある。実吸気量KLの推定値が実値から乖離すると、点火時期の遅角によるエンジン11の軸トルクTEの調整も適切に行えなくなる。その結果、MGトルクTMGの増加による軸トルクTEの減少分の補償を適切に実施できなくなり、車輪16への伝達トルクが変動して、ドライバビリティが悪化する虞がある。
なお、同図(A)には、トルクすり替え制御中も、ベース値VTIB、VTEBをそのまま目標吸気バルブタイミングVTI及び目標排気バルブタイミングVTEに設定した場合の実吸気量KLの推移が破線で示されている。また、同図(D)には、そうした場合のエンジン11の軸トルクTEの推移が破線で示されている。これら破線で示す例では、トルクすり替え制御の開始直後に、バルブオーバーラップ量の急減により、実吸気量KL及び軸トルクTEが一時的に増加している。
これに対して、本実施形態の制御装置20は、トルクすり替え制御中には、ベース値VTIB、VTEBの徐変値VTISM、VTESMを目標吸気バルブタイミングVTI及び目標排気バルブタイミングVTEの値として設定している。そして、これにより、制御装置20は、トルクすり替え制御中のバルブタイミングの変更速度を小さくしている。これにより、バルブタイミングの変化に伴う実吸気量KLの急変を回避することで、トルクすり替え制御中のトルク変動が抑えられる。
なお、こうしてトルクすり替え制御中のバルブタイミングの変更速度を制限すると、実吸気量KLが減少したときにバルブオーバーラップ量が過大となって、失火等の燃焼不良が生じる虞がある。これに対して、本実施形態の制御装置20は、燃焼不良を回避可能なバルブオーバーラップ量の最大値である最大オーバーラップ量OLMAXを実吸気量KLに基づき演算している。そして、制御装置20は、バルブオーバーラップ量が最大バルブオーバーラップ量OLMAX以下となる範囲で、トルクすり替え制御中の目標吸気バルブタイミングVTI及び目標排気バルブタイミングVTEを徐変している。すなわち、上記範囲内でトルクすり替え制御中のバルブタイミングの変更速度を小さくしている。そのため、トルクすり替え制御中にエンジン11の燃焼不良が発生し難くなる。
以上の本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
(1)本実施形態の制御装置20は、トルクすり替え制御中には、通常のエンジン制御時よりも、吸気VVT26及び排気VVT27によるバルブタイミングの変更速度を小さくしている。そのため、バルブタイミングの変化に伴う実吸気量KLの急変が生じ難くなる。これにより、トルクすり替え制御中のエンジン11の軸トルクTEが円滑に減少するようになり、発電電動機13による軸トルクTEの減少分の補償を適切に実施可能となる。したがって、本実施形態の制御装置20は、トルクすり替え制御中のトルク変動を抑えるという効果を奏することができる。
(2)本実施形態の制御装置20は、吸排気バルブのバルブオーバーラップ量が、実吸気量KLに応じて設定される最大オーバーラップ量OLMAX以下となる範囲で、トルクすり替え制御中のバルブタイミングの変更速度を小さくしている。そのため、トルクすり替え制御中にエンジン11の燃焼不良が生じ難くなる。
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態におけるエンジン11は、吸気VVT26と排気VVT27との2つの可変動弁機構を備えていたが、吸気VVT26及び排気VVT27のいずれか一方のみを備える構成としてもよい。
・上記実施形態では、式(1)、(2)により求めたベース値VTIB、VTEBの移動平均値を徐変値VTISM、VTESMを演算していた。ベース値VTIB、VTEBからの徐変値VTISM、VTESMの演算をこれとは異なる方法で行うようにしてもよい。
・上記実施形態では、徐変値VTESMに対してバルブタイミングオーバーラップ量が最大オーバーラップ量OLMAXとなる吸気バルブタイミングをガード値VTIOLMAXの値として求めていた。そして、徐変値VTISM、ガード値VTIOLMAXのうち、進角側のバルブタイミングを目標吸気バルブタイミングVTIの値として設定することで、燃焼不良を抑制していた。すなわち、上記実施形態では、目標排気バルブタイミングVTEの徐変値VTESMを基準として、目標吸気バルブタイミングVTIのガード値VTIOLMAXを設定していた。目標吸気バルブタイミングVTIの徐変値VTISMを基準として、目標排気バルブタイミングVTEのガード値を設定するようにしてもよい。すなわち、吸気バルブタイミングを徐変値VTISMとした場合に、バルブオーバーラップ量が最大オーバーラップ量OLMAXとなる排気バルブタイミングをガード値の値として演算する。そして、徐変値VTESM、ガード値のうち、より進角側のバルブタイミングを示す値を目標排気バルブタイミングVTEの値として設定する。こうした場合にも、トルクすり替え制御中、燃焼不良を回避可能なバルブオーバーラップ量を維持できる。
・実吸気量KLから最大オーバーラップ量OLMAXの演算、及び最大オーバーラップ量OLMAXによる目標バルブタイミングのガード処理を省略してもよい。例えば、図3のステップS140、S150の処理を割愛するとともに、ステップS160で徐変値VTESMを目標排気バルブタイミングVTEの値として設定するようにしてもよい。
10…ハイブリッド車両
11…エンジン
12…クラッチ
13…発電電動機
14…変速機
15…ディファレンシャル
16…車輪
20…制御装置
21…CPU
22…ROM
23…スロットルバルブ
24…点火装置
25…インジェクタ
26…吸気VVT
27…排気VVT

Claims (2)

  1. 機関バルブのバルブタイミングを可変とする可変動弁機構を備えるエンジンと、発電電動機と、を走行用の駆動源として有するとともに、前記エンジンがクラッチを介して前記発電電動機に連結され、かつ同エンジンが前記クラッチ及び前記発電電動機を介して車輪に連結されたハイブリッド車両を制御する装置であって、
    前記ハイブリッド車両の走行モードとして、前記クラッチを接続、かつ前記エンジンを稼働した状態で走行する第1走行モードと、前記クラッチを開放、かつ前記エンジンを停止した状態で走行する第2走行モードと、を有しており、
    前記第1走行モードから前記第2走行モードへの切り替えに際して、前記エンジンの軸トルクを0に減少させるとともに、前記軸トルクの減少に応じて前記発電電動機のトルクを増加するトルクすり替え制御を行った後に前記クラッチを開放し、
    かつ前記トルクすり替え制御中には、通常のエンジン制御時よりも、前記可変動弁機構による前記バルブタイミングの変更速度を小さくする
    ハイブリッド車両の制御装置。
  2. 前記エンジンの吸排気バルブのバルブオーバーラップ量が、同エンジンの吸気量に応じて設定される最大値以下となる範囲で、前記トルクすり替え制御中の前記バルブタイミングの変更速度を小さくする請求項1に記載のハイブリッド車両の制御装置。
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