JP5488313B2 - 車載内燃機関制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動輪に動力を出力可能な駆動源として内燃機関と例えば電動機とを併せ備えるハイブリッド車両に適用されて、機関バルブの開閉タイミングを変更する油圧式のバルブタイミング可変機構を備える内燃機関の制御装置に関する。

この種のハイブリッド車両に適用される内燃機関制御装置としては、例えば特許文献１に記載のものがある。特許文献１に記載のものも含め従来一般の車載内燃機関制御装置の搭載される車両では、駆動輪に動力を出力可能な駆動源として内燃機関と電動機とを併せ備えている。

こうした車両では、内燃機関の出力軸であるクランクシャフトに、発電機としての機能と電動機としての機能とを併せ有するモータジェネレータが連結されている。そして、内燃機関の始動に際して、始動時燃料噴射に先立ち、モータジェネレータによりクランクシャフトの回転駆動、すなわちクランキングが行なわれる。

また、機関バルブの開閉タイミングを変更するバルブタイミング可変機構を備える内燃機関が周知である（例えば特許文献２参照）。バルブタイミング可変機構は、クランクシャフトからタイミングチェーンを介して伝達される動力が入力されるハウジングロータと、同ハウジングロータの内部に設けられるとともに機関バルブに動力を出力するカムシャフトに連結されるベーンロータとを有している。そして、ハウジングロータとベーンロータとの相対回転位相を油圧によって変更することにより機関バルブの開閉タイミングが変更されるようになっている。また、バルブタイミング可変機構への油圧の供給態様は、オイルコントロールバルブにより制御される。

また、バルブタイミング可変機構には、ハウジングロータとベーンロータとの相対回転位相が所定回転位相となる状態にてこれらハウジングロータとベーンロータとを互いに固定する固定機構が設けられている。ここで、所定回転位相は、機関バルブの開閉タイミングを最遅角タイミングよりも進角側の所定のタイミングに対応する位相とされている。そして、機関停止時に、ハウジングロータとベーンロータとを固定機構により互いに固定しておくことで、次の機関始動時に機関バルブの開閉タイミングを上記所定タイミングに維持することができ、内燃機関の始動性の向上を図ることができる。

ところで、上述したハイブリッド車両では、内燃機関のクランキングのみを行なう電動機、所謂スタータモータを備える車両に比べて、内燃機関のクランキングを行なうための電動機（ここではモータジェネレータ）の回転子の質量が遙かに大きいものとなっている。そして、このように質量の大きい回転子がクランクシャフトに連結されているために、これら回転子とクランクシャフトとのねじり共振が生じやすい。またこうしたねじり共振は、機関回転速度ＮＥが所定の共振範囲内（例えば４００ｒｐｍ≦ＮＥ≦５００ｒｐｍ）にあるときに生じる。そこで、例えば先の特許文献１に記載の技術では、図１１に示すように、内燃機関の始動に際して、上記共振範囲の上限値（この場合、５００ｒｐｍ）よりも大きいクランキング回転速度Ｎｃｒｎｋ（例えば１０００ｒｐｍ）までクランキングを行なうとともに、機関回転速度ＮＥが上記共振範囲を素早く通過するように電動機のトルク制御を行なっている。これにより、上述したねじり共振に起因して乗員に与えられる違和感の軽減を図るようにしている。

特開２０１０―１００１３６号公報 特開２００８―２８６１７５号公報

ところで、例えばハウジングロータとベーンロータとの相対回転位相が所定回転位相から大きくずれている場合には、機関停止時にこれらロータの相対回転位相が所定回転位相とならず、これらロータを互いに固定させることができないまま内燃機関が停止状態となることがある。この場合、ハイブリッド車両に適用される内燃機関制御装置にあって、次に機関始動を行なう際に、内燃機関とモータジェネレータとの共振範囲の上限値よりも高いクランキング回転速度Ｎｃｒｎｋまで素早く機関回転速度ＮＥを上昇させると、以下の問題の発生が懸念される。すなわち、機関始動時には、機関回転速度ＮＥが早期にクランキング回転速度Ｎｃｒｎｋとなることと、オイルポンプから吐出されるオイルの圧力が低く、バルブタイミング可変機構に供給される油圧が低い状態となっていることとから、機関バルブの開閉タイミングが最遅角タイミングとなる位置にてベーンロータがハウジングロータに押し当てられた状態が維持される。従って、ハウジングロータとベーンロータとの相対回転位相が上記所定回転位相にはならず、これらロータを互いに固定することができないといった問題が生じるおそれがある。

尚、こうした問題は、内燃機関のクランキングを行なうための電動機としてモータジェネレータを備えるものに限られるものではない。内燃機関の始動に際して、内燃機関と電動機との共振が生じる機関回転速度の範囲である共振範囲の上限値よりも大きいクランキング回転速度まで内燃機関のクランキングを行なうべく電動機への通電制御を行なうものであれば、概ね共通したものとなっている。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、機関停止時に入力回転体と出力回転体とが互いに係合されなかった場合であれ、機関始動時に入力回転体と出力回転体とを好適に係合させることのできる車載内燃機関制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
（１）請求項１に記載の発明は、駆動輪に動力を出力可能な駆動源として内燃機関及び内燃機関以外の他の駆動源を備えるハイブリッド車両に適用されて、内燃機関からの動力が入力される入力回転体と、機関バルブに動力を出力する出力回転体とを有し、前記入力回転体と前記出力回転体との相対回転位相を油圧によって変更することにより機関バルブの開閉タイミングを変更するバルブタイミング可変機構であって、前記入力回転体と前記出力回転体との相対回転位相が前記機関バルブの開閉タイミングにおける最遅角タイミングよりも進角側の所定タイミングに対応する所定回転位相となる状態にてこれら入力回転体と出力回転体とを互いに係合させる係合機構を有する油圧式のバルブタイミング可変機構と、前記バルブタイミング可変機構への油圧の供給態様を制御する油圧制御機構と、内燃機関の出力軸に連結されて内燃機関のクランキングを行なう電動機と、内燃機関の始動に際して、内燃機関と前記電動機との共振が生じる機関回転速度の範囲である共振範囲の上限値よりも大きいクランキング回転速度まで内燃機関のクランキングを行なうべく前記電動機への通電制御を行なう電動機制御部と、を備える車載内燃機関の制御装置であって、前記電動機制御部は、前記クランキング回転速度までクランキングを行なう際に、機関回転速度の上昇開始後であって機関回転速度が前記共振範囲の下限値よりも小さい所定範囲内にあるときに機関回転速度の上昇速度を同所定範囲の下限値よりも低いときに比べて小さくすることをその要旨としている。

同構成によれば、内燃機関の始動に際して、機関回転速度が共振範囲を素早く通過するように内燃機関のクランキング開始から機関回転速度を単純に増大させる制御構成に比べて、機関回転速度が上記共振範囲の下限値よりも小さい所定範囲内にある期間を長くすることができる。ここで、機関回転速度が小さいときほど、内燃機関の出力軸の回転変動量が大きくなり、入力回転体と出力回転体との相対回転位相の変動量が大きくなる。このため、入力回転体と出力回転体との相対回転位相が上記所定回転位相となる機会、すなわち、これら回転体が互いに係合される機会を増大させることができる。また、機関回転速度が上記所定範囲内にあるときには内燃機関と電動機との共振が生じることはない。従って、機関停止時に入力回転体と出力回転体とが互いに係合されなかった場合であれ、機関始動時に入力回転体と出力回転体とを好適に係合させることができるようになる。

（２）請求項１に記載の発明は、請求項２に記載の発明によるように、内燃機関のクランキングを行なう電動機は、発電機としても機能するモータジェネレータであるといった態様をもって具体化することができる。

（３）請求項１又は請求項２に記載の発明は、請求項３に記載の発明によるように、前記油圧制御機構は、内燃機関からの動力により駆動されるポンプと前記バルブタイミング可変機構との間に設けられて同バルブタイミング可変機構への油圧の供給態様を制御する制御弁を含むといった態様をもって具体化することができる。こうした油圧制御機構を備える内燃機関にあって、機関始動時には、オイルポンプから吐出される油圧が低く、バルブタイミング可変機構に供給される油圧が低い状態となっていることとから、早期にクランキング回転速度に到達するまで機関回転速度を上昇させることとすると、出力回転体が入力回転体に当接して機関バルブの開閉タイミングが最遅角タイミングに維持されやすくなる。そして、入力回転体と出力回転体との相対回転位相が、機関バルブの開閉タイミングが最遅角タイミングとなる状態に維持される。そして、入力回転体と出力回転体との相対回転位相が上記所定回転位相にはならず、これら回転体を互いに係合させることができないといった問題が生じやすい。この点、こうした油圧制御機構を備える内燃機関の制御装置に対して、請求項１に記載の発明を適用すれば、機関停止時に入力回転体と出力回転体とが互いに係合されなかった場合であれ、機関始動時に入力回転体と出力回転体とを好適に係合させることができるようになる。

（４）請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明は、請求項４に記載の発明によるように、前記電動機制御部は、前記所定範囲内の所定回転速度にて機関回転速度を一時的に保持するといった態様をもって具体化することができる。この場合、クランキング回転速度まで機関回転速度を上昇させる際に、機関回転速度の上昇開始後であって機関回転速度が共振範囲の下限値よりも小さい所定範囲内にあるときに機関回転速度の上昇速度を同共振範囲の下限値よりも低いときに比べて小さくするといった請求項１に係る発明を簡易且つ的確に実現することができるようになる。

（５）請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の車載内燃機関制御装置において、前記電動機制御部は、前記所定回転速度にて機関回転速度を所定期間にわたり保持することをその要旨としている。

同構成によれば、所定回転速度にて機関回転速度が所定期間にわたり保持されることから、入力回転体と出力回転体との相対回転位相が上記所定回転位相となる機会、すなわち、これら回転体が互いに係合される機会を的確に増大させることができる。従って、機関停止時に入力回転体と出力回転体とが互いに係合されなかった場合であれ、機関始動時に入力回転体と出力回転体とを的確に係合させることができるようになる。

本発明に係る車載内燃機関制御装置の一実施形態について車両の概略構成を示す概略図。 同実施形態における内燃機関の全体構成を模式的に示す模式図。 （Ａ）同実施形態におけるバルブタイミング可変機構について吸気カムシャフトの軸線方向に対して直交する断面構造を示す断面図、（Ｂ）（Ａ）におけるＡ−Ａ断面構造を示す断面図。 同実施形態における固定機構の断面構造であって、固定構造の動作態様を説明するための断面図。 同実施形態における油圧制御装置のオイルの供給構造を説明するためのブロック図。 （Ａ）〜（Ｃ）同実施形態におけるオイルコントロールバルブのスプールの位置と進角室及び遅角室における油圧の給排状態との関係を説明するためのコントロールバルブの断面図。 （Ａ）、（Ｂ）同実施形態におけるオイルコントロールバルブのスプールの位置と進角室及び遅角室における油圧の給排状態との関係を説明するためのコントロールバルブの断面図。 同実施形態における第１のモータジェネレータのトルク制御の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態におけるクランキング制御を説明するためのグラフであって、クランキング時における機関回転速度の推移を示すグラフ。 本発明に係る車載内燃機関制御装置におけるクランキング制御の変形例を説明するためのグラフであって、クランキング時における機関回転速度の推移を示すグラフ。 従来の車載内燃機関制御装置におけるクランキング制御を説明するためのグラフであって、クランキング時における機関回転速度の推移を示すグラフ。

以下、図１〜図９を参照して、本発明に係る車載内燃機関制御装置をパラレル型ハイブリッド車両に適用される内燃機関制御装置として具体化した一実施形態について詳細に説明する。

図１に、本実施形態におけるパラレル型ハイブリッド車両（以下、「車両」１）の概略構成を示す。
図１に示すように、車両１は、駆動輪６を回転させる動力源として内燃機関１０及びモータジェネレータ（以下、第２のモータジェネレータと称する）ＭＧ２を備えている。内燃機関１０から出力される動力は、動力分割機構３、減速機４、及び車軸５を介して駆動輪６に伝達される。また、第２のモータジェネレータＭＧ２から出力される動力は、モータリダクション機構７、減速機４、及び車軸５を介して駆動輪６に伝達される。尚、本実施形態の車両１は、前輪が駆動輪６とされるとともに、後輪が従動輪とされている。

内燃機関１０から出力された動力は、動力分割機構３により、駆動輪６に伝達する動力と第１のモータジェネレータＭＧ１に伝達する動力とに分割される。第１のモータジェネレータＭＧ１は、内燃機関１０から出力された動力によって発電するとともに、この発電された電力は電力変換部８を介してバッテリ９に供給されることで同バッテリ９の充電が行なわれる。具体的には、第１のモータジェネレータＭＧ１は、その回転子が内燃機関１０の出力軸であるクランクシャフトに対して連結・遮断可能に設けられており、内燃機関１０の始動時には、バッテリ９から供給される電力によって第１のモータジェネレータＭＧ１が出力する動力により内燃機関１０のクランキングが行なわれる。

一方、第２のモータジェネレータＭＧ２は、バッテリ９から供給される電力によって動力を出力する。また、第２のモータジェネレータＭＧ２は、車両１の減速時や制動時等に駆動輪６の回転力によって発電するとともに、この発電された電力は、電力変換部８を介してバッテリ９に供給されることで同バッテリ９の充電が行なわれる。

電力変換部８はインバータ及びコンバータ等を備えて構成されており、各モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２から供給される交流電力を直流電力に変換するとともにその電圧をバッテリ９の電圧レベルに変換して同バッテリ９に供給する。また、電力変換部８は、バッテリ９から供給される直流電力を交流電力に変換するとともに昇圧して各モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２に供給する。

制御装置９０は、電子制御装置９１や各種センサを備えており、内燃機関１０、各モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２、及び電力変換部８を含む各種装置の制御を行う。
図２に、内燃機関の全体構成を示す。

図２に示すように、内燃機関１０は、シリンダブロック１３、シリンダヘッド１４、及びオイルパン１５を有する機関本体１２と、シリンダヘッド１４に設けられた動弁系の各要素を有する可変動弁装置２０と、機関本体１２や可変動弁装置２０等にオイルを供給する油圧制御装置５０とを備えている。

可変動弁装置２０は、燃焼室１６を開閉する吸気バルブ２１及び排気バルブ２３と、吸気バルブ２１を開閉駆動する吸気カムシャフト２２及び排気バルブ２３を開閉駆動する排気カムシャフト２４と、クランクシャフト１７に対する吸気カムシャフト２２の回転位相、すなわちクランクシャフト１７と吸気カムシャフト２２との相対回転位相を変更して吸気バルブ２１の開閉タイミングＶＴを変更するバルブタイミング可変機構３０と、を備えている。

油圧制御装置５０は、オイルパン１５内のオイルを吸引して吐出する機関駆動式のオイルポンプ５２と、オイルポンプ５２から吐出されたオイルを内燃機関１０の各部位に供給するオイル路５１と、バルブタイミング可変機構３０へのオイルの供給態様を制御するオイルコントロールバルブ６０とを備えている。

ここで、図３を参照して、バルブタイミング可変機構３０の構成について説明する。尚、図中の矢印Ｘは、クランクシャフト１７（スプロケット３３）及び吸気カムシャフト２２の回転方向Ｘを示している。

バルブタイミング可変機構３０は、クランクシャフト１７に同期して回転するハウジングロータ３１と、吸気カムシャフト２２に同期して回転するベーンロータ３５と、吸気バルブ２１の開閉タイミングＶＴを上記所定タイミングＶＴ１に固定する固定機構４０とを含めて構成されている。

ハウジングロータ３１は、タイミングチェーン（図示略）を介してクランクシャフト１７に連結されたスプロケット３３と、スプロケット３３の内側に組みつけられるとともにスプロケット３３と一体的に回転するハウジング本体３２と、ハウジング本体３２に取り付けられるカバー３４とを備えている。ハウジング本体３２には、径方向においてハウジングロータ３１の回転中心軸である吸気カムシャフト２２に向けて突出する３つの区画壁３１Ａが設けられている。

ベーンロータ３５は、吸気カムシャフト２２の端部に固定されるとともにハウジング本体３２内の空間に配置されている。ベーンロータ３５には、ハウジング本体３２の隣り合う区画壁３１Ａの間に向けて突出した３つのベーン３６が設けられている。各ベーン３６は、区画壁３１Ａの間に形成されているベーン収容室３７を進角室３８と遅角室３９とに区画している。

進角室３８は、ベーン収容室３７内においてベーン３６よりも吸気カムシャフト２２の回転方向Ｘの後方側に位置している。遅角室３９は、ベーン収容室３７内においてベーン３６よりも吸気カムシャフト２２の回転方向Ｘの前方側に位置している。進角室３８及び遅角室３９の容積は、バルブタイミング可変機構３０へのオイルの供給状態に応じて変化する。

次に、バルブタイミング可変機構３０の動作について説明する。
進角室３８へオイルを供給するとともに遅角室３９からオイルを排出することにより、進角室３８が拡大する一方、遅角室３９が縮小することで、ベーンロータ３５がハウジングロータ３１に対して進角側、すなわち吸気カムシャフト２２の回転方向Ｘに回転する。これにより、吸気バルブ２１の開閉タイミングＶＴが進角側に変化する。ベーンロータ３５がハウジングロータ３１に対して最も進角側に位置したとき、すなわちハウジングロータ３１に対するベーンロータ３５の回転位相が回転方向Ｘの最も前方側の位相にあるとき、吸気バルブ２１の開閉タイミングＶＴは最も進角側の開閉タイミング（以下、「最進角タイミングＶＴｍａｘ」）となる。

一方、進角室３８からオイルを排出するとともに遅角室３９へオイルを供給することにより、遅角室３９が拡大する一方、進角室３８が縮小することで、ベーンロータ３５がハウジングロータ３１に対して遅角側、すなわち吸気カムシャフト２２の回転方向Ｘとは反対方向に回転する。これにより、吸気バルブ２１の開閉タイミングＶＴは遅角側に変化する。ベーンロータ３５がハウジングロータ３１に対して最も遅角側に位置したとき、すなわちハウジングロータ３１に対するベーンロータ３５の回転位相が回転方向Ｘの最も後方側の位相にあるとき、吸気バルブ２１の開閉タイミングＶＴは最も遅角側のバルブタイミング（以下、「最遅角タイミングＶＴｍｉｎ」）となる。

次に、図４を参照して、固定機構４０の構造を説明する。
固定機構４０は、ベーン３６の内部に設けられたピン４１と、ベーン３６に形成されてピン４１を収容する収容室４２と、スプロケット３３に形成されてピン４１と係合可能な係合穴４８と、ピン４１を移動させる動作部４３とを備えている。係合穴４８は、スプロケット３３の壁面のうちで、ハウジングロータ３１に対してベーンロータ３５が、吸気バルブ２１の開閉タイミングＶＴが最遅角タイミングＶＴｍｉｎよりも進角側の所定タイミングＶＴ１となるときに対応する所定回転位相に回転したときのピン４１の位置に設けられている。

動作部４３は、ベーン３６の内部に設けられてピン４１を一方向（図４において下方）に押すばね４４と、上記収容室４２の一部をなすとともに同ばねを収容するばね室４５と、上記収容室４２の一部をなす第１解除室４６と、スプロケット３３に形成される第２解除室４７とを備えている。

第１解除室４６は、収容室４２内においてピン４１の基端部４１ａと、ピン４１の先端部４１ｂの側面と、収容室４２の壁面とにより区画形成される。ベーン３６において収容室４２を形成する壁面には、遅角室３９と第１解除室４６とを連通する第１連通路４６ａが形成されている。ここで、第１解除室４６には第１連通路４６ａを通じて遅角室３９内のオイルが供給されるようになっている。このため、遅角室３９にオイルが供給されると、同オイルの一部が第１解除室４６に供給されるようになることで、ピン４１の基端部４１ａに油圧が印加されるようになる。従って、ピン４１は、ばね４４の力に抗してベーン３６に収容される方向（図４において上方、以下、「収容方向ＺＢ」）に動作する。

第２解除室４７は係合穴４８の一部をなしている。また、ベーン３６においてスプロケット３３に対向する面には、進角室３８と第２解除室４７とを連通する第２連通路４７ａが形成されている。ここで、第２解除室４７には第２連通路４７ａを通じて進角室３８内のオイルが供給されるようになっている。このため、進角室３８にオイルが供給されると、同オイルの一部が第２解除室４７に供給されるようになることで、ピン４１の先端部４１ｂの先端面に油圧が印加されるようになる。従って、ピン４１は、ばね４４の力に抗して収容方向ＺＢに動作する。

第１解除室４６及び第２解除室４７にオイルが供給されていないときには、ピン４１は、ばね４４の力によりベーン３６から突出する方向（図４において下方、以下、「突出方向ＺＡ」）に動作する。ピン４１に対してばね４４による突出方向ＺＡの力が加わっているときに、ハウジングロータ３１に対してベーンロータ３５が回転してピン４１が係合穴４８のところに移動すると、ピン４１が突出して係合穴４８に嵌まり込む。これにより、ハウジングロータ３１とベーンロータ３５とが固定される。

次に、バルブタイミング可変機構３０の動作態様及び固定機構４０によるハウジングロータ３１とベーンロータ３５との固定態様について更に説明する。
吸気バルブ２１の開閉タイミングＶＴの遅角要求が出されているときには、油圧制御装置５０により遅角室３９にオイルが供給される。このとき、第１連通路４６ａを通じて第１解除室４６にもオイルが供給されるため、ピン４１が収容室４２に収容されたままの状態で、ハウジングロータ３１に対してベーンロータ３５が遅角側に回転する。

一方、吸気バルブ２１の開閉タイミングＶＴの進角要求が出されているときには、油圧制御装置５０により進角室３８にオイルが供給される。このとき、第２連通路４７ａを通じて第２解除室４７にもオイルが供給されるため、ピン４１が収容室４２に収容されたままの状態で、ハウジングロータ３１に対してベーンロータ３５が進角側に回転する。

更に、機関停止時において吸気バルブ２１の開閉タイミングＶＴを所定タイミングＶＴ１とする要求が出されると、油圧制御装置５０により、そのときの吸気バルブ２１の開閉タイミングＶＴが所定タイミングＶＴ１よりも進角側にあるときには遅角室３９にオイルが供給されて、ハウジングロータ３１に対してベーンロータ３５が遅角側に回転する。また、吸気バルブ２１の開閉タイミングＶＴが所定タイミングＶＴ１よりも遅角側にあるときには進角室３８にオイルが供給されて、ハウジングロータ３１に対してベーンロータ３５が進角側に回転する。またこのとき、機関回転速度の低下に伴いオイルポンプ５２の出力軸の回転速度が低下してオイルポンプ５２から吐出される油圧が徐々に低下する。これにより、第２解除室４７及び第１解除室４６の油圧が低下することで、ピン４１に対して方向ＺＢに作用する油圧に基づく力に比べて、ピン４１に対して突出方向ＺＡに作用するばねの付勢力が大きくなる。従って、ハウジングロータ３１に対するベーンロータ３５の回転位相が、上記所定タイミングＶＴ１に対応する所定回転位相になると、ピン４１が係合穴４８に嵌合されることで、吸気バルブ２１の開閉タイミングＶＴが所定タイミングＶＴ１に固定される。

以上、説明した油圧制御装置５０によるオイルの供給構造を図５にまとめる。
図５に示すように、オイルポンプ５２から吐出されたオイルは、供給油路５４を介してオイルコントロールバルブ６０に供給されるとともに、オイルコントロールバルブ６０の動作状態に応じて次の図６及び図７に示すようにオイル路５１を流通する。

まず、図６及び図７を参照して、オイルコントロールバルブ６０の構成につい手説明する。
図６及び図７に示すように、オイルコントロールバルブ６０は、複数のポートが設けられた略筒状のスリーブ６１と、スリーブ６１内に設けられる棒状のスプール６２とを備えている。スプール６２がスリーブ６１に対して移動することにより、ポート同士の連通状態が切り替えられることで、進角室３８及び遅角室３９に対するオイルの流通状態が変更される。

スリーブ６１には、進角油路５５に接続される進角ポート６１ａと、遅角油路５６に接続される遅角ポート６１ｂと、供給油路５４に接続される供給ポート６１ｃと、排出油路５３に接続される第１排出ポート６１ｄと、同排出油路５３に接続される第２排出ポート６１ｅとが形成されている。

スプール６２の先端部（図６及び図７において左端部）には、同スプール６２を進角ポート６１ａから遅角ポート６１ｂの方向に向けて付勢するスプールばね６３が設けられている。スプール６２の基部（図６及び図７において右部）には、同スプール６２を遅角ポート６１ｂから進角ポート６１ａの方向に向けて、すなわちスプールばね６３に抗して同スプール６２を移動する駆動機構が設けられている。駆動機構は、電子制御装置９１から出力されるデューティ比に基づいてスプール６２を移動する。

スプール６２には、スリーブ６１に対する同スプール６２の移動に伴い、各ポートの開口面積を変更する次の３つの弁体が設けられている。すなわち、供給ポート６１ｃ、第１排出ポート６１ｄ、及び進角ポート６１ａの開口面積を変更する進角弁６４と、供給ポート６１ｃ、遅角ポート６１ｂ、及び第２排出ポート６１ｅの開口面積を変更する遅角弁６５と、スプール６２の端部に設けられた封止弁６６とが設けられている。

オイルコントロールバルブ６０は、スリーブ６１に対してスプール６２を軸方向に移動させることにより、進角室３８及び遅角室３９に対するオイルの流通状態を、次の（ａ）〜（ｅ）のいずれかの状態に切り替える。

（ａ）スプール６２の位置が図６（Ａ）に示す位置とされると、進角ポート６１ａと供給ポート６１ｃとが連通状態とされ、且つ遅角ポート６１ｂと第２排出ポート６１ｅとが連通状態とされる。これにより、進角室３８にオイルが供給されるとともに、遅角室３９からオイルが排出される。尚、遅角室３９から排出されたオイルは、オイルコントロールバルブ６０及び排出油路５３を介してオイルパン１５に戻される。

（ｂ）スプール６２の位置が図６（Ｂ）に示す位置とされると、進角ポート６１ａと供給ポート６１ｃとが連通するとともに、遅角ポート６１ｂが遅角弁６５により閉鎖される。これにより、進角室３８にオイルが供給されるとともに、遅角室３９のオイルの流通が遮断される。

（ｃ）スプール６２の位置が図６（Ｃ）に示す位置とされると、進角ポート６１ａが進角弁６４により閉鎖され、且つ遅角ポート６１ｂが遅角弁６５により閉鎖される。これにより、進角室３８及び遅角室３９の油圧が維持される。

（ｄ）スプール６２の位置が図７（Ａ）に示す位置とされると、進角ポート６１ａが進角弁６４により閉鎖され、且つ遅角ポート６１ｂと供給ポート６１ｃとが連通される。これにより、進角室３８のオイルの流通が遮断されるとともに、遅角室３９にわずかにオイルが供給される。

（ｅ）スプール６２の位置が図７（Ｂ）に示す位置とされると、進角ポート６１ａと第１排出ポート６１ｄとが連通され、且つ遅角ポート６１ｂと供給ポート６１ｃとが連通される。これにより、進角室３８からオイルが排出されるとともに、遅角室３９にオイルが供給される。尚、進角室３８から排出されたオイルは、オイルコントロールバルブ６０及び排出油路５３を介してオイルパン１５に戻される。

先の図１及び図２に示すように、制御装置９０は、内燃機関１０及び各モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２等を含む各種装置を統括的に制御するものであり、各種の演算処理等を行う電子制御装置９１と、内燃機関１０の運転状態や車両１の走行状態を把握するための各種センサとを備えている。

電子制御装置９１は、プログラムによって数値計算や論理演算等を行なう中央演算処理装置（ＣＰＵ）、各種の制御に必要なプログラムやデータを記憶する不揮発性メモリ（ＲＯＭ）、入力データや演算結果を一時的に記憶する揮発性メモリ（ＲＡＭ）を備えている。

また、各種センサとしては、アクセルペダル（図示略）の踏み込み量に応じた信号を電子制御装置９１に出力するアクセル開度センサ、クランクシャフト１７の回転位相に応じた信号を電子制御装置９１に出力するクランクポジションセンサを備えている。また、吸気カムシャフト２２の回転位相に応じた信号を電子制御装置９１に出力するカムポジションセンサ、駆動輪６の回転速度、すなわち車両１の走行速度に応じた信号を電子制御装置９１に出力する車速センサ、及びシフトレバーの操作位置に応じた信号を電子制御装置９１に出力するシフトレバーポジションセンサ等を備えている。

電子制御装置９１は、各種の制御に用いるためのパラメータとして次のものを算出する。すなわち、クランクポジションセンサからの出力信号に基づいて、クランクシャフト１７の回転位相を算出する。また、カムポジションセンサからの出力信号に基づいて、吸気カムシャフト２２の回転位相を算出する。

また、電子制御装置９１は、アクセル開度センサからの出力信号やシフトレバーポジションセンサからの出力信号等に基づいて車両の要求駆動力を算出し、この要求駆動力や車速センサからの出力信号に基づいて車両１の走行制御を行なう。車両１の発進時や低速走行時においては内燃機関１０が停止状態とされ、第２のモータジェネレータＭＧ２から出力される動力のみによる車両走行を行なう。また、車両１の加速時や高速走行時には、内燃機関１０の運転を行い、第２のモータジェネレータＭＧ２から出力される動力に加えて、或いは同動力に代えて、内燃機関１０から出力される動力によって車両走行を行なう。

また、電子制御装置９１は、クランクシャフト１７の回転位相及び吸気カムシャフト２２の回転位相に基づいて吸気バルブ２１の開閉タイミングＶＴを算出するとともに、バルブタイミング可変機構３０の駆動制御を通じて吸気バルブ２１の開閉タイミングＶＴを変更するバルブタイミング制御を行なう。

バルブタイミング制御では、機関運転状態に基づいて吸気バルブ２１の開閉タイミングＶＴを、最進角タイミングＶＴｍａｘと最遅角タイミングＶＴｍｉｎとの間で変更する。また、内燃機関１０の停止時にはバルブタイミングＶＴを最遅角タイミングＶＴｍｉｎよりも進角側の所定タイミングＶＴ１に変更する。すなわち、ハウジングロータ３１とベーンロータ３５との相対回転位相を所定回転位相に変更する。そして、ハウジングロータ３１とベーンロータ３５とを固定機構４０により互いに固定しておくことで、次の機関始動時に吸気バルブ２１の開閉タイミングＶＴを上記所定タイミングＶＴ１に維持することができ、内燃機関１０の始動性の向上を図ることができる。

ところで、本実施形態の車両１では、内燃機関のクランキングのみを行なう電動機、所謂スタータモータを備える車両に比べて、内燃機関１０のクランキングを行なうための第１のモータジェネレータＭＧ１の回転子の質量が遙かに大きいものとなっている。そして、このように質量の大きい回転子がクランクシャフト１７に連結されているために、これら回転子とクランクシャフト１７とのねじり共振が生じやすい。またこうしたねじり共振は、機関回転速度ＮＥが所定の共振範囲内（４００ｒｐｍ≦ＮＥ≦５００ｒｐｍ）にあるときに生じる。そこで、本実施形態では、内燃機関１０の始動に際して、上記共振範囲の上限値（この場合、５００ｒｐｍ）よりも大きいクランキング回転速度Ｎｃｒｎｋ（本実施形態では、１０００ｒｐｍ）までクランキングを行なうとともに、機関回転速度ＮＥが上記共振範囲を素早く通過するように第１のモータジェネレータＭＧ１のトルク制御を行なっている。これにより、上述したねじり共振に起因して乗員に与えられる違和感の軽減を図るようにしている。

ところで、ハウジングロータ３１とベーンロータ３５との相対回転位相が所定回転位相から大きくずれている場合には、機関停止時にこれらロータの相対回転位相が所定回転位相とならず、これらロータ３１、３５を互いに固定させることができないまま内燃機関１０が停止状態となることがある。この場合、次に機関始動を行なう際に、内燃機関１０と第１のモータジェネレータＭＧ１との共振範囲の上限値よりも高いクランキング回転速度Ｎｃｒｎｋまで素早く機関回転速度ＮＥを上昇させると、以下の問題の発生が懸念される。すなわち、機関始動時には、機関回転速度ＮＥが早期にクランキング回転速度Ｎｃｒｎｋとなることと、オイルポンプ５２から吐出されるオイルの圧力が低く、バルブタイミング可変機構３０に供給される油圧が低い状態となっていることとから、吸気バルブ２１の開閉タイミングＶＴが最遅角タイミングＶＴｍｉｎとなる位置にてベーンロータ３５がハウジングロータ３１に押し当てられた状態が維持される。従って、ハウジングロータ３１とベーンロータ３５との相対回転位相が上記所定回転位相にはならず、これらロータ３１、３５を互いに固定することができないといった問題が生じるおそれがある。

そこで、本実施形態では、内燃機関１０の始動に際して、以下に説明する第１のモータジェネレータＭＧ１のトルク制御を実行することにより、機関停止時にハウジングロータ３１とベーンロータ３５とが互いに係合されなかった場合であれ、機関始動時にこれらロータ３１、３５を好適に固定するようにしている。

次に、図８のフローチャートを参照して、本実施形態における第１のモータジェネレータＭＧ１のトルク制御の処理手順について説明する。尚、このフローチャートに示される一連の処理は、電子制御装置９１への通電中において内燃機関１０の始動条件が成立したときに実行される。また、図９に、本実施形態における第１のモータジェネレータＭＧ１のトルク制御が実行されたときの機関回転速度ＮＥの推移の一例を示す。

図８に示すように、このフローチャートに示す一連の処理では、内燃機関１０の始動条件が成立すると、まず、ステップＳ１の処理として、機関回転速度ＮＥが所定回転速度Ｎ１に到達するまで機関回転速度ＮＥが上昇するように第１のモータジェネレータＭＧ１のトルクを設定する（図９において、ｔ０≦ｔ≦ｔ１）。

本実施形態では、所定回転速度Ｎ１を、共振範囲（４００ｒｐｍ≦ＮＥ≦５００ｒｐｍ）の下限値（この場合、４００ｒｐｍ）よりも小さい、例えば２００ｒｐｍに設定している。

そして、機関回転速度ＮＥが所定回転速度Ｎ１に到達すると、次に、ステップＳ２の処理に進んで、内燃機関１０のクランキングが開始されてからの経過時間であるクランキング時間ｔが所定期間ｔ２となるまで機関回転速度ＮＥが所定回転速度Ｎ１に保持されるように第１のモータジェネレータＭＧ１のトルクを設定する（図９において、ｔ１＜ｔ≦ｔ２）。

ここで、所定期間ｔ２は、バルブタイミング可変機構３０や油圧制御装置５０を含めた内燃機関１０を用いての実験等を通じて予め設定された固定値である。
そして、クランキング時間ｔ１が所定期間ｔ２となると、次に、ステップＳ３の処理に進んで、機関回転速度ＮＥがクランキング回転速度Ｎｃｒｎｋに到達するまで機関回転速度ＮＥが上昇するように第１のモータジェネレータＭＧ１のトルクを設定する（図９において、ｔ２＜ｔ≦ｔ３）。

尚、図９に示すように、機関回転速度ＮＥがクランキング回転速度Ｎｃｒｎｋ以上となるタイミングｔ３以降において、内燃機関１０の燃料噴射制御及び点火制御が行なわれる。

以上説明した本実施形態に係る車載内燃機関制御装置によれば、以下に示す作用効果が得られるようになる。
（１）本実施形態では、電子制御装置９１を通じて、クランキング回転速度Ｎｃｒｎｋまでクランキングを行なう際に、共振範囲（４００ｒｐｍ≦ＮＥ≦５００ｒｐｍ）の下限値（この場合、４００ｒｐｍ）よりも小さい所定回転速度Ｎ１にて機関回転速度ＮＥを所定期間Δｔにわたり保持するようにした。これにより、内燃機関１０の始動に際して、機関回転速度ＮＥが共振範囲を素早く通過するように内燃機関１０のクランキング開始から機関回転速度ＮＥを単純に増大させる制御構成に比べて、機関回転速度ＮＥが上記所定回転速度Ｎ１とされる期間を長くすることができる。ここで、機関回転速度ＮＥが小さいときほど、クランクシャフト１７の回転変動量が大きくなり、ハウジングロータ３１とベーンロータ３５との相対回転位相の変動量が大きくなる。このため、ハウジングロータ３１とベーンロータ３５との相対回転位相が上記所定回転位相となる機会、すなわち、これらロータ３１、３５が互いに係合される機会を増大させることができる。また、機関回転速度ＮＥが上記所定回転速度Ｎ１とされるときには内燃機関１０と第１のモータジェネレータＭＧ１との共振が生じることはない。従って、機関停止時にハウジングロータ３１とベーンロータ３５とが互いに係合されなかった場合であれ、機関始動時にハウジングロータ３１とベーンロータ３５とを好適に係合させることができるようになる。

尚、本発明にかかる車載内燃機関制御装置は、上記実施形態にて例示した構成に限定されるものではなく、これを適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。

・上記実施形態では、クランクシャフト１７と第１のモータジェネレータＭＧ１とのねじり共振が生じる共振範囲が、「４００ｒｐｍ≦ＮＥ≦５００ｒｐｍ」となる内燃機関１０について例示した。しかしながら、クランクシャフトの質量と内燃機関のクランキングを行なう電動機の回転子の質量との関係によっては、ねじり共振の共振範囲（Ｎｖｌ≦ＮＥ≦Ｎｖｈ）が異なるものとなることから、こうした共振範囲の下限値Ｎｖｌに応じて所定回転速度Ｎ１を適宜設定するようにすればよい（Ｎ１＜Ｎｖｌ）。また、こうした共振範囲の上限値Ｎｖｈに応じてクランキング回転速度Ｎｃｒｎｋを適宜設定するようにすればよい（Ｎｃｒｎｋ＞Ｎｖｈ）。

・上記実施形態では、クランキング回転速度Ｎｃｒｎｋまで機関回転速度を上昇させる際に、所定回転速度Ｎ１にて機関回転速度ＮＥを所定期間Δｔ（＝ｔ２―ｔ１）（固定値）にわたり保持するようにしたが、本発明はこれに限られるものではない。他に例えば、ハウジングロータ３１とベーンロータ３５との相対回転位相が変動しにくい状況下、例えばオイルの温度が低くその粘性が高い状況下においては、ハウジングロータ３１とベーンロータ３５との相対回転位相の変動が緩やかなものとなることを考慮して、所定期間Δｔを長く設定するようにしてもよい。すなわち、機関温度に応じて所定期間を可変設定するようにしてもよい。

・上記実施形態では、クランキング回転速度Ｎｃｒｎｋまで機関回転速度ＮＥを上昇させる際に、所定回転速度Ｎ１にて機関回転速度ＮＥを一時的に保持するようにしたが、本発明はこれに限られるものではない。他に例えば、図１０に示すように、クランキング回転速度Ｎｃｒｎｋまで機関回転速度ＮＥを上昇させる際に、機関回転速度ＮＥの上昇開始後であって機関回転速度ＮＥが共振範囲（Ｎｖｌ≦ＮＥ≦Ｎｖｈ）の下限値Ｎｖｌよりも小さい所定範囲（Ｎ３≦ＮＥ≦Ｎ４、ただしＮ４＜Ｎｖｌ）内にあるとき（タイミングｔ１１〜ｔ１２）における機関回転速度ＮＥの上昇速度ｄＮＥ／ｄｔを、同所定範囲の下限値Ｎ３よりも低いとき（タイミングｔ０〜ｔ１１）における機関回転速度ＮＥの上昇速度ｄＮＥ／ｄｔに比べて小さくするようにしてもよい。この場合であっても、内燃機関１０の始動に際して、機関回転速度ＮＥが共振範囲を素早く通過するように内燃機関１０のクランキング開始から機関回転速度ＮＥを単純に増大させる制御構成に比べて、機関回転速度ＮＥが上記共振範囲の下限値Ｎｖｌよりも小さい所定範囲（Ｎ３≦ＮＥ≦Ｎ４）内にある期間を長くすることができる。そのため、ハウジングロータ３１（入力回転体）とベーンロータ３５（出力回転体）との相対回転位相が上記所定回転位相となる機会、すなわち、これら回転体が互いに係合される機会を増大させることができる。従って、機関停止時に入力回転体と出力回転体とが互いに係合されなかった場合であれ、機関始動時に入力回転体と出力回転体とを好適に係合させることができるようになる。

１…車両、２…車両本体、３…動力分割機構、４…減速機、５…車軸、６…駆動輪、７…モータリダクション機構、８…電力変換部、９…バッテリ、ＭＧ１…第１のモータジェネレータ（内燃機関のクランキングを行なう電動機）、ＭＧ２…第２のモータジェネレータ（内燃機関以外の他の動力源）、１０…内燃機関、１１…機関本体、１３…シリンダブロック、１４…シリンダヘッド、１５…オイルパン、１６…燃焼室、１７…クランクシャフト、２０…可変動弁装置、２１…吸気バルブ、２２…吸気カムシャフト、２３…排気バルブ、２４…排気カムシャフト、３０…バルブタイミング可変機構（油圧式可変動弁機構）、３１…ハウジングロータ（入力回転体）、３１Ａ…区画壁、３２…ハウジング本体、３３…スプロケット、３４…カバー、３５…ベーンロータ（出力回転体）、３７…ベーン収容室、３６…ベーン、３８…進角室、３９…遅角室、４０…固定機構（係合機構）、４１…ピン、４１ａ…先端面、４１ｂ…基端部、４２…収容室、４３…動作部、４４…ばね、４５…ばね室、４６…第１解除室、４６ａ…第１連通路、４７…第２解除室、４７ａ…第２連通路、４８…係合穴、５０…油圧制御装置、５１…オイル路、５２…オイルポンプ、５３…排出油路、５４…供給油路、５５…進角油路、５６…遅角油路、６０…オイルコントロールバルブ（油圧制御機構）、６１…スリーブ、６１ａ…進角ポート、６１ｂ…遅角ポート、６１ｃ…供給ポート、６１ｄ…第１排出ポート、６１ｅ…第２排出ポート、６２…スプール、６３…スプールばね、６４…進角弁、６５…遅角弁、６６…封止弁、９０…制御装置、９１…電子制御装置（電動機制御部）。

Claims (5)

1. 駆動輪に動力を出力可能な駆動源として内燃機関及び内燃機関以外の他の駆動源を備えるハイブリッド車両に適用されて、
   内燃機関からの動力が入力される入力回転体と、機関バルブに動力を出力する出力回転体とを有し、前記入力回転体と前記出力回転体との相対回転位相を油圧によって変更することにより機関バルブの開閉タイミングを変更するバルブタイミング可変機構であって、前記入力回転体と前記出力回転体との相対回転位相が前記機関バルブの開閉タイミングにおける最遅角タイミングよりも進角側の所定タイミングに対応する所定回転位相となる状態にてこれら入力回転体と出力回転体とを互いに係合する係合機構を有する油圧式のバルブタイミング可変機構と、
   前記バルブタイミング可変機構への油圧の供給態様を制御する油圧制御機構と、
   内燃機関の出力軸に連結されて内燃機関のクランキングを行なう電動機と、
   内燃機関の始動に際して、内燃機関と前記電動機との共振が生じる機関回転速度の範囲である共振範囲の上限値よりも大きいクランキング回転速度まで内燃機関のクランキングを行なうべく前記電動機への通電制御を行なう電動機制御部と、
   を備える車載内燃機関の制御装置であって、
   前記電動機制御部は、前記クランキング回転速度までクランキングを行なう際に、機関回転速度の上昇開始後であって機関回転速度が前記共振範囲の下限値よりも小さい所定範囲内にあるときに機関回転速度の上昇速度を同所定範囲の下限値よりも低いときに比べて小さくする
   ことを特徴とする車載内燃機関制御装置。
2. 請求項１に記載の車載内燃機関制御装置において、
   内燃機関のクランキングを行なう電動機は、発電機としても機能するモータジェネレータである
   ことを特徴とする車載内燃機関制御装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の車載内燃機関制御装置において、
   前記油圧制御機構は、内燃機関からの動力により駆動されるポンプと前記バルブタイミング可変機構との間に設けられて同バルブタイミング可変機構への油圧の供給態様を制御する制御弁を含む
   ことを特徴とする車載内燃機関制御装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の車載内燃機関制御装置において、
   前記電動機制御部は、前記所定範囲内の所定回転速度にて機関回転速度を一時的に保持する
   ことを特徴とする車載内燃機関制御装置。
5. 請求項４に記載の車載内燃機関制御装置において、
   前記電動機制御部は、前記所定回転速度にて機関回転速度を所定期間にわたり保持する
   ことを特徴とする車載内燃機関制御装置。

Images