JP4396615B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

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Description

この発明は、内燃機関とモータとを動力源とするハイブリッド車両の制御装置に関する。
従来、例えば特許文献1には、車両の動力源として内燃機関と車両駆動用モータを備えるハイブリッド車両の制御装置が開示されている。この従来の制御装置では、エンジン制御系を含むエンジンの系統に異常が発生した場合に、内燃機関の運転を停止して車両駆動用モータによるEV走行を行うことにより、車両を安全な場所へ移動させる退避走行を行うようにしている。
特開2000−152412号公報 特開2004−339937号公報 特開2005−54732号公報 特開2004−100487号公報 特開平5−187335号公報
しかしながら、内燃機関に異常が発生した際に車両駆動用モータによるEV走行によって退避走行を行うこととする上記従来の手法は、ハイブリッド車両が備えるバッテリの残量により許容される距離でしか退避走行を行うことができないものであった。このため、上記従来の制御装置は、ハイブリッド車両が有する内燃機関に異常が発生した際に、適切な退避走行を可能とするシステムを実現するうえで、未だ検討の余地を残すものであった。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、内燃機関とモータを動力源とするハイブリッド車両において、内燃機関に異常が発生した際に、適切な退避走行を可能とす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。
第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関とモータとを動力源とし、当該モータに電力を供給するバッテリを備えるハイブリッド車両の制御装置であって、
前記内燃機関の気筒に異常が発生したか否かを検知する異常気筒検知手段と、
前記内燃機関の一部の気筒に前記異常が発生したことが検知された場合に、当該異常に関係しない気筒を用いた減筒運転を行う減筒運転制御手段と、
前記内燃機関の一部の気筒に前記異常が発生したことが検知された場合に、前記バッテリの充電および前記ハイブリッド車両の駆動のうち、少なくとも前記バッテリの充電が行われるように、前記異常に関係しない前記気筒を用いて行われる前記減筒運転時における前記内燃機関の駆動力を制御する機関動力制御手段と、
前記内燃機関の一部の気筒に前記異常が発生したことが検知された場合に、前記内燃機関および前記モータの駆動力のうち、少なくとも前記モータの駆動力が前記ハイブリッド車両の駆動輪に伝達するように制御する車両走行制御手段と、
を備えることを特徴とする。
また、第2の発明は、第1の発明において、前記減筒運転制御手段は、前記異常に関係しない気筒の中から爆発間隔が略等間隔となる1または複数の気筒を選択する気筒選択手段を含み、選択された気筒を用いて減筒運転を行うことを特徴とする。
また、第3の発明は、第2の発明において、前記内燃機関の各気筒が備えるバルブを複数の駆動手段により開閉駆動する動弁装置を備え、
前記複数の駆動手段のそれぞれは、爆発間隔が略等間隔となる1または複数の気筒における前記バルブを駆動するように構成されており、
前記減筒運転制御手段は、前記減筒運転時に、前記気筒選択手段により選択された気筒に対応する前記駆動手段に駆動指令を与える駆動指令手段を含むことを特徴とする。
第1の発明によれば、内燃機関の一部の気筒に異常が発生した場合に、当該異常の発生していない気筒を用いて減筒運転が実行され、その減筒運転時に内燃機関が発する駆動力を利用してバッテリの充電が実施される。このため、本発明によれば、内燃機関の一部の気筒に異常が発生した場合であっても、ハイブリッド車両の退避走行時に、モータによるEV走行の航続距離を長く確保することが可能となる。
第2の発明によれば、トルク変動を最小限に抑えた内燃機関の減筒運転が可能となる。このため、本発明によれば、内燃機関の一部の気筒に異常が発生した場合であっても、ハイブリッド車両の退避走行時に、内燃機関の回転安定性を確保しつつ、EV走行の航続距離を長く確保することが可能となる。
第3の発明によれば、爆発間隔が等間隔となる正常気筒を選択して減筒運転を行う際に、異常気筒と正常気筒とを確実に切り分けることができる動弁装置の構成を、部品点数を少なく抑えつつ実現することができる。
実施の形態1.
[システム構成の説明]
図1は、本発明が適用されたハイブリッド車両の駆動システムの概略構成を示す図である。この駆動システム10は、動力装置として内燃機関(以下、エンジンという)12と車両駆動用モータ14とを備えている。また、駆動システム10は、駆動力の供給を受けて電力を発生するジェネレータ16も備えている。エンジン12、車両駆動用モータ14、およびジェネレータ16は、動力分割機構18を介して相互に連結されている。動力分割機構18につながる車両駆動用モータ14の回転軸には、減速機20が接続されている。減速機20は、モータ14の回転軸と駆動輪22につながる駆動軸24とを連結している。動力分割機構18は、エンジン12の駆動力をジェネレータ16側と減速機20側とに分割する装置である。動力分割機構18による駆動力の配分は、任意に変更することができる。
駆動システム10には、更に、インバータ26、コンバータ28、および高圧バッテリ30が含まれている。インバータ26は、ジェネレータ16および車両駆動用モータ14に接続されているとともに、コンバータ28を介して高圧バッテリ30にも接続されている。ジェネレータ16で発電された電力は、インバータ26を介して車両駆動用モータ14に供給することもできるし、インバータ26およびコンバータ28を介して高圧バッテリ30に充電することもできる。また、高圧バッテリ30に充電されている電力は、コンバータ28およびインバータ26を介して車両駆動用モータ14に供給することができる。
以上説明した駆動システム10によれば、車両駆動用モータ14を停止させてエンジン12の駆動力のみによって駆動輪22を回転させることもできるし、逆に、エンジン12を停止させて車両駆動用モータ14の駆動力のみによって駆動輪22を回転させることもできる。更に、車両駆動用モータ14とエンジン12の双方を作動させ、双方の駆動力によって駆動輪22を回転させることもできる。また、駆動システム10によれば、車両駆動用モータ14をエンジン12のスタータとして機能させることもできる。つまり、エンジン12の始動時に、車両駆動用モータ14の駆動力の一部或いは全部を動力分割機構18を介してエンジン12に入力することで、エンジン12をクランキングすることができる。
本実施形態の駆動システム10は、ECU(Electronic Control Unit)40によって制御されている。ECU40は、エンジン12、車両駆動用モータ14、ジェネレータ16、動力分割機構18、インバータ26、およびコンバータ28等を含む駆動システム10の全体を総合的に制御している。
[動弁装置の構成]
以下、図2および図3を参照して、本発明の実施の形態1のエンジン12が備える動弁装置50の構成を説明する。
図2は、図1に示すエンジン12が備える動弁装置50の構成を示す斜視図である。図2に示す動弁装置50は、エンジン12のバルブ(吸気弁または排気弁)を駆動するための動弁装置である。ここでは、エンジン12は、直列4気筒型のエンジンとして構成されているものとする。図2において、#1〜#4は、それぞれエンジン12の第1気筒〜第4気筒を表している。エンジン12における爆発順序は、一般的な内燃機関と同様に、#1→#3→#4→#2であるものとする。尚、図2においては、吸気弁を駆動するための構成を例にとって説明を行っているが、排気弁を駆動するための構成についても同様であるため、ここではその詳細な説明を省略する。
図2に示すように、エンジン12の各気筒には、2つの吸気弁52がそれぞれ配置されている。吸気弁52には、それぞれ弁軸54が固定されている。弁軸54の上端部には、バルブリフター56が取り付けられている。弁軸54には、図示しないバルブスプリングの付勢力が作用しており、吸気弁52は、その付勢力によって閉弁方向に付勢されている。
それぞれのバルブリフター56の上部には、対応する吸気カム58Aまたは58Bが配置されている。図2に示すように、ここでは、#1および#4気筒に配置されたバルブリフター56に対応する吸気カムを、吸気カム58Aと称し、#2および#3気筒に配置されたバルブリフター56に対応する吸気カムを、吸気カム58Bと称して区別している。#1気筒および#4気筒に対応する吸気カム58Aは、吸気カム軸60Aに固定されている。#2および#3気筒に対応する吸気カム58Bは、吸気カム軸60Aとは互いに回転可能であって、かつ、当該吸気カム軸60Aと同軸上に配置された吸気カム軸60Bに固定されている。つまり、図2に示す構成では、爆発間隔が360°CAだけ異なる気筒毎に吸気カム軸が共用されている。このような構成によって、それらの吸気カム軸、すなわち、#1および#4気筒に対応する吸気カム軸60Aと、#2および#3気筒に対応する吸気カム軸60Bとは、互いに独立して周方向に回転動作または揺動動作することが可能となっている。尚、吸気カム軸60Aおよび吸気カム軸60Bは、それぞれ図示しないシリンダヘッド等の支持部材によって回転可能に支持されている。
一方の吸気カム軸60Aには、ドリブンギヤ62が同軸上に固定されている。ドリブンギヤ62には、出力ギヤ64が噛み合わされている。出力ギヤ64は、カム駆動用モータ66Aの出力軸と同軸上に固定されている。カム駆動用モータ66Aには、その出力軸の回転位置を検出するための位置検出センサが内蔵されている。このような構成によれば、ECU40の指令に基づき、カム駆動用モータ66Aのトルクを、これらのギヤ62および64を介して吸気カム軸60Aに伝達することができる。
他方の吸気カム軸60Bには、ドリブンギヤ68が同軸上に固定されている。ドリブンギヤ68には、中間ギヤ70を介して、出力ギヤ72が噛み合わされている。出力ギヤ72は、カム駆動用モータ66Bの出力軸と同軸上に固定されている。カム駆動用モータ66Bには、その出力軸の回転位置を検出するための位置検出センサが内蔵されている。このような構成によれば、ECU40の指令に基づき、カム駆動用モータ66Bのトルクを、これらのギヤ68、70、および72を介して吸気カム軸60Bに伝達することができる。
図3は、図2に示す吸気カム58Aの詳細な構成を説明するために、吸気カム軸60Aをその軸方向から見た図である。上述したように、吸気カム軸60Aには、吸気カム58A(#1)と吸気カム58A(#4)とが固定されている。図3に示すように、#1気筒用の吸気カム58A(#1)は、プロフィールの異なる2つの吸気カム面58Aa、58Abを有している。一方の吸気カム面である非作用面58Aa(ベース円部)は、吸気カム軸60Aの中心からの距離が一定となるように形成されている。他方の吸気カム面である作用面58Abは、吸気カム軸60Aの中心からの距離が次第に大きくなり、頂部58Acを越えた後に当該距離が次第に小さくなるように形成されている。また、#4気筒用の吸気カム58A(#4)についても、吸気カム58A(#1)と同様の非作用面58Aaと作用面58Abを有している。そして、吸気カム58A(#1)の頂部58Acと吸気カム58A(#4)の頂部58Acとは、吸気カム軸60Aの周方向に互いに180°ずれるようにして配置されている。ここでは、その詳細な説明を省略するが、#2気筒と#3気筒に対応する吸気カム軸60Bの構成についても、吸気カム軸60Aと同様であるものとする。
以上の動弁装置50の構成によれば、ECU40が、吸気カム軸60A、60Bが一方向に連続的に駆動されるように、カム駆動用モータ66A、66Bに駆動指令を与えることにより、吸気カム軸60A、60Bを回転動作させることができる。また、ECU40が、吸気弁52の開弁動作中にカム駆動用モータ66A等の回転方向が逆転するように、カム駆動用モータ66A等に与える駆動指令を変更することにより、吸気カム軸60A等を揺動動作させることができる。その結果、吸気弁52の開弁特性(リフト量、作用角、開弁時期など)を任意の値に制御することができる。また、吸気カム58A、58Bの非作用面(ベース円部)58Aa、58Abがバルブリフター56に接した状態で吸気カム軸60A、60Bを停止させることにより、吸気弁52を閉弁状態に維持することもできる。
[実施の形態1の特徴部分]
以上のように構成されたハイブリッド車両のエンジン12において、動弁装置50に何らかの異常が発生した場合には、吸気弁52や排気弁が正常に動作しなくなることが懸念される。例えば、カム駆動用モータ66A、66Bが故障により停止してしまった場合、或いは、カム駆動用モータ66A、66Bが備える位置検出センサの故障などに起因して、クランク軸の回転に対する吸気カム軸60A、60Bの回転動作や揺動動作の同期が大きくずれてしまった場合等である。
本実施形態のシステムは、車両の動力源としてエンジン12に加え、車両駆動用モータ14を備えている。このため、上記のように、一部の気筒において動弁装置50に何らかの異常が発生した場合には、動弁装置50に異常の生じたエンジン12を停止した状態で、車両駆動用モータ14によるEV走行を行うことにより、車両を安全な場所へ移動させる退避走行を行うことができる。しかしながら、そのような手法では、車両が備える高圧バッテリ30の残量により許容される距離でしか退避走行を行うことができない。
本実施形態のシステムの動弁装置50によれば、気筒毎にバルブの開弁特性を独立して制御することが可能である。そこで、本実施形態では、一部の気筒において動弁装置50に異常が生じた場合に、EV走行による退避走行を行うとともに、異常に関係しない正常な気筒を用いて、高圧バッテリ30の充電のためにエンジン12を減筒運転させるようにした。
[実施の形態1における具体的処理]
図4は、図1に示す駆動システム10のフェールセーフを実現するために、本実施の形態1においてECU40が実行するルーチンのフローチャートである。尚、本ルーチンは、エンジン12の運転が行われている際に、所定の周期毎に起動されるものとする。
図4に示すルーチンでは、先ず、エンジン12に異常が発生したか否かが判別される(ステップ100)。より具体的には、本ステップ100では、動弁装置50に異常が生じたか否かが、特開2005−54732号公報に開示されている手法によって判別され、当該異常の生じた気筒が特定される。
上記ステップ100において、エンジン12に異常が発生したと判定された場合には、エンジン12が駆動系から切り離されるとともに、車両駆動用モータ14を利用したEV走行に移行される(ステップ102)。
次に、故障診断が実施される、すなわち、上記ステップ100において検出された異常発生箇所の調査が実施されるとともに、エンジン12を復旧させるための復旧処置が実行される(ステップ104)。具体的には、ECU40内のカム駆動用ドライバに設定された情報のリセットなどの復旧処置が実行される。
次に、上記ステップ104の復旧処置によってエンジン12が復旧したか否かが判別される(ステップ106)。その結果、エンジン12が復旧したと判定された場合には、エンジン12と車両駆動用モータ14とを利用した通常のハイブリッド走行に戻される(ステップ108)。
一方、上記ステップ106において、エンジン12が復旧していないと判定された場合には、退避走行の実施を運転者に促すために、EV走行が継続された状態で、車両の室内に設けられた警告灯などを利用して、エンジン12に異常が発生したことが運転者に通知される(ステップ110)。次いで、異常の発生していない気筒を用いてエンジン12の減筒運転が実施され、この際のエンジン12の駆動力を利用して高圧バッテリ30の充電が実施される(ステップ112)。具体的には、異常が発生している気筒においては、動弁装置50によるカム軸の駆動が停止されるとともに、燃料噴射や点火も停止される。また、異常が発生していない気筒においてのみ、動弁装置50によるカム軸の駆動が実行されるとともに、燃料噴射や点火も実行される。尚、以上の図4に示すルーチンにおいては、上記ステップ106において、エンジン12が復旧していないと判定された後に、正常気筒を用いてエンジン12を減筒運転させるようにしているが、これに限らず、上記ステップ100において異常が生じた気筒が判別された後に、直ちに正常気筒を用いてエンジン12を減筒運転させるようにしてもよい。
以上説明した図4に示すルーチンによれば、エンジン12の一部の気筒に異常が発生した場合であっても、異常の発生していない気筒を用いたエンジン12の減筒運転の実施によって高圧バッテリ30を充電することにより、EV走行によるハイブリッド車両の退避走行時の航続距離を長く確保することが可能となる。
ところで、上述した実施の形態1においては、エンジン12の一部の気筒に異常が発生した場合に、異常の発生していない気筒を用いて発生されたエンジン12の駆動力を利用して、高圧バッテリ30を充電するようにしているが、本発明において、この際のエンジン駆動力の利用先は高圧バッテリ30の充電に限らない。すなわち、正常気筒を用いて発生されたエンジン12の駆動力を、高圧バッテリ30の充電に代えて、或いはその充電とともに、車両を駆動するために利用するようにしてもよい。更には、エンジン12の異常時に、残された正常な気筒で発生可能なエンジン出力量に基づいて、高圧バッテリ30の充電量と車両の駆動量とが適当な配分(一方への配分が0%となる場合も含む)となるように動力分割機構18を制御してもよい。
尚、上述した実施の形態1においては、ECU40が、上記ステップ100の処理を実行することにより前記第1の発明における「異常気筒検知手段」が、上記ステップ112の処理を実行することにより前記第1の発明における「減筒運転制御手段」および「機関動力制御手段」が、上記ステップ110の処理を実行することにより前記第1の発明における「車両走行制御手段」が、それぞれ実現されている。
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。
本実施形態のシステムは、図1乃至図3に示すハードウェア構成を用いて、ECU40に、図4に示すルーチンに代えて後述する図5に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
[実施の形態2の特徴]
複数の気筒を有する内燃機関では、機関のトルク変動を低く抑えるために、各気筒の爆発順序やその爆発間隔に配慮がなされている。より具体的には、本実施形態のエンジン12のように4気筒型のエンジンの場合には、一般に、クランク角が180°CAだけ回転する毎に、#1→#3→#4→#2の気筒順で爆発が行われるようになっている。このような配慮がなされたエンジン12の一部の気筒に異常が発生した際に、どの正常気筒を用いてエンジン12を減筒運転するのかについての配慮がなされていないと、異常気筒と正常気筒の組み合わせ如何によっては、トルク変動が大きくなってしまう可能性がある。
そこで、本実施形態のシステムでは、エンジン12の一部の気筒に異常が生じた際に、残された正常気筒の中から爆発間隔が等間隔となる1または複数の気筒を選択し、選択された気筒を用いてエンジン12を減筒運転させることとした。また、図2を参照して上述した本実施形態の動弁装置50は、上記の爆発間隔が等間隔となる気筒を選択したカム軸の駆動を、少ない部品点数で良好に実行できるように構成されている。具体的には、動弁装置50は、上記の爆発順序において、爆発間隔がクランク角で360°CA間隔となる#1および#4気筒についてカム軸(図2では吸気カム軸60A)を共用し、その吸気カム軸60Aを単一のカム駆動用モータ66Aで駆動するように構成されている。これは、爆発間隔がクランク角で360°CA間隔となる#2および#3気筒についても同様である。
[実施の形態2における具体的処理]
図5は、図1に示す駆動システム10のフェールセーフを実現するために、本実施の形態2においてECU40が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図5において、図4に示すステップと同一のステップには、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
図5に示すルーチンでは、エンジン12が復旧していないと判定された場合に(ステップ106)、次いで、正常気筒の中から爆発間隔が等間隔となる気筒が、異常発生時のエンジン12の減筒運転に使用する気筒として選択される(ステップ200)。本実施形態のエンジン12においては、例えば、#1気筒に異常が生じている場合には、正常な#2〜#4気筒の中から#2および#3気筒が選択されることとなる。
次に、EV走行が継続された状態で、エンジン12に異常が発生したことが運転者に通知された後に(ステップ110)、上記ステップ200で選択された気筒を用いて、エンジン12の減筒運転が実施され、この際のエンジン12の駆動力を利用して高圧バッテリ30の充電が実施される(ステップ202)。より具体的には、例えば、#1気筒に異常が生じている場合には、#1および#4気筒に対応するモータ66Aによる吸気カム軸60A(排気側も同様)の駆動が停止されるとともに、燃料噴射や点火も停止されることとなる。そして、その場合には、#2および#3気筒に対応するモータ66Bによる吸気カム軸60B(排気側も同様)の駆動が実行されるとともに、燃料噴射や点火も実行されることとなる。
以上説明した図5に示すルーチンによれば、エンジン12の一部の気筒に異常が発生した場合であっても、エンジン12のトルク変動を最小限に抑えつつ、異常の発生していない気筒を用いたエンジン12の減筒運転の実施によって高圧バッテリ30を充電することができる。その結果、ハイブリッド車両の退避走行時に、エンジン12の回転安定性を確保しつつ、EV走行の航続距離を長く確保することが可能となる。また、本実施形態の動弁装置50の構成によれば、爆発間隔が等間隔となる正常気筒を選択して減筒運転を行う際に、異常気筒と正常気筒とを確実に切り分けることができる装置構成を、部品点数を少なく抑えつつ実現することができる。
尚、上述した実施の形態2においては、ECU40が上記ステップ200の処理を実行することにより前記第2の発明における「気筒選択手段」が実現されている。また、動弁装置50が備えるモータ66A、66Bが前記第3の発明における「複数の駆動手段」に相当しているとともに、ECU40が上記ステップ202の処理を実行することにより前記第3の発明における「駆動指令手段」が実現されている。
ところで、上述した実施の形態1および2においては、エンジン12のバルブを駆動するための動弁装置として、カム駆動用モータ66A、66Bを駆動手段とする動弁装置50を用いることとしているが、本発明に適用可能な動弁装置は上記動弁装置50のような構成に限定されるものではない。すなわち、内燃機関の減筒運転時に一部の気筒のバルブを独立して駆動できる動弁装置であればよく、例えば、バルブを電磁力で駆動する電磁駆動弁などであってもよい。
本発明が適用されたハイブリッド車両の駆動システムの概略構成を示す図である。 図1に示すエンジンが備える動弁装置の構成を示す斜視図である。 図2に示す吸気カムの詳細な構成を説明するために、吸気カム軸をその軸方向から見た図である。 本発明の実施の形態1において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態2において実行されるルーチンのフローチャートである。
符号の説明
10 駆動システム
12 エンジン
14 車両駆動用モータ
16 ジェネレータ
22 駆動輪
30 高圧バッテリ
40 ECU(Electronic Control Unit)
50 動弁装置
52 吸気弁
58A、58B 吸気カム
60A、60B 吸気カム軸
66A、66B カム駆動用モータ

Claims (3)

  1. 内燃機関とモータとを動力源とし、当該モータに電力を供給するバッテリを備えるハイブリッド車両の制御装置であって、
    前記内燃機関の気筒に異常が発生したか否かを検知する異常気筒検知手段と、
    前記内燃機関の一部の気筒に前記異常が発生したことが検知された場合に、当該異常に関係しない気筒を用いた減筒運転を行う減筒運転制御手段と、
    前記内燃機関の一部の気筒に前記異常が発生したことが検知された場合に、前記バッテリの充電および前記ハイブリッド車両の駆動のうち、少なくとも前記バッテリの充電が行われるように、前記異常に関係しない前記気筒を用いて行われる前記減筒運転時における前記内燃機関の駆動力を制御する機関動力制御手段と、
    前記内燃機関の一部の気筒に前記異常が発生したことが検知された場合に、前記内燃機関および前記モータの駆動力のうち、少なくとも前記モータの駆動力が前記ハイブリッド車両の駆動輪に伝達するように制御する車両走行制御手段と、
    を備えることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
  2. 前記減筒運転制御手段は、前記異常に関係しない気筒の中から爆発間隔が略等間隔となる1または複数の気筒を選択する気筒選択手段を含み、選択された気筒を用いて減筒運転を行うことを特徴とする請求項1記載のハイブリッド車両の制御装置。
  3. 前記内燃機関の各気筒が備えるバルブを複数の駆動手段により開閉駆動する動弁装置を備え、
    前記複数の駆動手段のそれぞれは、爆発間隔が略等間隔となる1または複数の気筒における前記バルブを駆動するように構成されており、
    前記減筒運転制御手段は、前記減筒運転時に、前記気筒選択手段により選択された気筒に対応する前記駆動手段に駆動指令を与える駆動指令手段を含むことを特徴とする請求項2記載のハイブリッド車両の制御装置。
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