JP6581628B2 - 車両用制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンを備える車両用制御装置に関する。
自動車等の車両には、モータジェネレータ、オルタネータ或いはＩＳＧ（Integrated Starter Generator）等の発電機が搭載されている。このような発電機は、車両の燃費性能を向上させる観点から、コースト走行や車両制動等の減速走行において回生発電状態に制御されることが多い（特許文献１参照）。また、特許文献１に記載された制御装置は、減速走行時に発電機を回生発電させる場合に、バルブタイミングを制御することでエンジンのポンプ損失を低減している。これにより、エンジン負荷を減らして発電負荷を増やすことができるため、発電機の発電電力を増やして車両の燃費性能を向上させることができる。
特開２０１０−８４６１２号公報
ところで、バルブタイミング制御によってエンジンのポンプ損失を減らした状態、つまりエンジンの吸入空気量を増加させた状態のもとで、エンジンの燃料噴射が再開された場合にはエンジントルクが過度に出力されてしまう虞がある。このように、燃料噴射によってエンジントルクが過度に出力されることは、乗員に違和感を与えてしまう要因となっていた。このため、減速走行時にエンジン負荷を減らして発電電力を確保する場合であっても、燃料噴射の再開に伴って出力されるエンジントルクを抑制することが求められている。
本発明の目的は、燃料噴射の再開に伴って出力されるエンジントルクを抑制することにある。
本発明の車両用制御装置は、エンジンを備える車両用制御装置であって、前記エンジンに連結される発電機と、前記エンジンに連結されるロックアップクラッチと、前記エンジンに設けられる吸気バルブと、前記エンジンに設けられる排気バルブと、前記吸気バルブと前記排気バルブとの少なくとも何れか一方のバルブタイミングを、前記エンジンの充填効率を閾値よりも下げる低効率領域と、前記エンジンの充填効率を前記閾値よりも上げる高効率領域とに、制御するバルブタイミング制御部と、減速走行時に前記発電機を発電させる回生発電状態と、前記発電機の発電を休止する発電休止状態とに、前記発電機を制御する発電機制御部と、を有し、前記バルブタイミング制御部は、減速走行時に前記発電機が回生発電状態に制御される場合に、前記バルブタイミングを前記高効率領域に制御し、前記バルブタイミング制御部は、減速走行時に前記バルブタイミングを前記高効率領域に制御した状態のもとで、前記ロックアップクラッチが締結状態から解放状態に切り替えられた場合に、前記バルブタイミングを前記高効率領域から前記低効率領域に制御し、前記バルブタイミング制御部は、前記ロックアップクラッチの解放に伴って前記バルブタイミングを前記高効率領域から前記低効率領域に制御した後に、前記エンジンが燃料カット状態から燃料噴射状態に切り替えられるまで、前記バルブタイミングの前記低効率領域での制御を継続し、前記発電機制御部は、減速走行時の車速低下に伴い前記発電機の発電トルクを下げて前記発電機を回生発電状態から発電休止状態に制御した後に、前記エンジンが燃料カット状態から燃料噴射状態に切り替えられた後まで前記発電機の発電休止状態を継続する。
本発明によれば、バルブタイミング制御部は、減速走行時にバルブタイミングを高効率領域に制御した状態のもとで、ロックアップクラッチが締結状態から解放状態に切り替えられた場合に、バルブタイミングを低効率領域に制御する。これにより、エンジンの吸入空気量を減少させることができ、燃料噴射の再開に伴って出力されるエンジントルクを抑制することができる。
本発明の一実施の形態である車両用制御装置を備えた車両を示す概略図である。 エンジンの内部構造を示す概略図である。 バルブタイミングと充填効率との関係の一例を示す図である。 高効率領域および低効率領域の一例を示す図である。 電源回路の一例を示す回路図である。 車両用制御装置の制御系を示す概略図である。 スタータジェネレータを燃焼発電状態に制御したときの電力供給状況の一例を示す図である。 スタータジェネレータを発電休止状態に制御したときの電力供給状況の一例を示す図である。 スタータジェネレータを回生発電状態に制御したときの電力供給状況の一例を示す図である。 スタータジェネレータを力行状態に制御したときの電力供給状況の一例を示す図である。 回生発電制御における各種装置の作動状況の一例を示すタイミングチャートである。 高効率領域および低効率領域の他の例を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、バルブタイミングと充填効率との関係の他の例を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、バルブタイミングと充填効率との関係の他の例を示す図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態である車両用制御装置１０を備えた車両１１を示す概略図である。図１に示すように、車両１１には、内燃機関であるエンジン１２を備えたパワーユニット１３が搭載されている。エンジン１２のクランク軸１４には、ベルト機構１５を介してスタータジェネレータ（発電機）１６が機械的に連結されている。また、エンジン１２にはトルクコンバータ１７を介して変速機構１８が連結されており、変速機構１８にはデファレンシャル機構１９等を介して車輪２０が連結されている。
エンジン１２に連結されるトルクコンバータ１７には、ロックアップクラッチ２１が組み込まれている。つまり、エンジン１２には、ロックアップクラッチ２１が連結されている。このロックアップクラッチ２１を締結状態に制御することにより、エンジン１２と変速機構１８とはロックアップクラッチ２１を介して連結される。一方、ロックアップクラッチ２１を解放状態に制御することにより、エンジン１２と変速機構１８とはトルクコンバータ１７を介して連結される。トルクコンバータ１７には、複数の電磁バルブや油路からなるバルブユニット２２が接続されている。このバルブユニット２２を用いてアプライ室２３とリリース室２４との油圧を制御することにより、ロックアップクラッチ２１は締結状態と解放状態とに制御される。このように、ロックアップクラッチ２１を制御するバルブユニット２２は、マイコン等からなるミッションコントローラ２５によって制御される。
エンジン１２に連結されるスタータジェネレータ１６は、発電機および電動機として機能する所謂ＩＳＧ（Integrated Starter Generator）である。スタータジェネレータ１６は、クランク軸１４に駆動される発電機として機能するだけでなく、クランク軸１４を回転させる電動機として機能する。例えば、アイドリングストップ制御においてエンジン１２を再始動させる場合や、発進時や加速時においてエンジン１２をアシスト駆動する場合等に、スタータジェネレータ１６は力行状態に制御される。スタータジェネレータ１６は、ステータコイルを備えたステータ２６と、フィールドコイルを備えたロータ２７と、を有している。また、スタータジェネレータ１６には、ステータコイルやフィールドコイルの通電状態を制御するため、インバータ、レギュレータおよびマイコン等からなるＩＳＧコントローラ２８が設けられている。ＩＳＧコントローラ２８によってフィールドコイルやステータコイルの通電状態を制御することにより、スタータジェネレータ１６の発電電圧、発電トルク、力行トルク等が制御される。
エンジン１２の吸気マニホールド３０には、吸入空気量を制御するスロットルバルブ３１が設けられている。スロットルバルブ３１を開くことにより、エンジン１２の吸入空気量が増加する一方、スロットルバルブ３１を閉じることにより、エンジン１２の吸入空気量が減少する。また、エンジン１２には、吸気ポート５０や燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタ３２が設けられている。インジェクタ３２から燃料を噴射することにより、エンジン１２は燃料噴射状態に制御される一方、インジェクタ３２からの燃料噴射を停止することにより、エンジン１２は燃料カット状態に制御される。さらに、エンジン１２には、イグナイタや点火コイルからなる点火装置３３が設けられている。点火装置３３によって点火時期を制御することにより、エンジン１２の出力トルクや燃焼温度等を制御することができる。なお、スロットルバルブ３１、インジェクタ３２および点火装置３３は、後述するメインコントローラ８０によって制御される。
［可変動弁機構］
エンジン１２には、吸気バルブ４０や排気バルブ４１のバルブタイミングを制御する可変動弁機構４２が設けられている。図２はエンジン１２の内部構造を示す概略図である。図２に示すように、エンジン１２には、一対のシリンダブロック４３，４４が設けられている。各シリンダブロック４３，４４のシリンダボア４５にはピストン４６が収容されており、このピストン４６にはコネクティングロッド４７を介してクランク軸１４が連結されている。シリンダブロック４３，４４には、可変動弁機構４２を備えたシリンダヘッド４８，４９が取り付けられている。このシリンダヘッド４８，４９には、燃焼室に吸入空気を案内する吸気ポート５０が形成されるとともに、吸気ポート５０を開閉する吸気バルブ４０が設けられている。また、シリンダヘッド４８，４９には、燃焼室から排出ガスを案内する排気ポート５１が形成されるとともに、排気ポート５１を開閉する排気バルブ４１が設けられている。
シリンダヘッド４８，４９には、吸気バルブ４０を開閉する吸気カム軸５２が設けられるとともに、排気バルブ４１を開閉する排気カム軸５３が設けられている。吸気カム軸５２には油圧アクチュエータ５２ａを介してカムスプロケット５２ｓが取り付けられており、排気カム軸５３には油圧アクチュエータ５３ａを介してカムスプロケット５３ｓが取り付けられている。また、クランク軸１４には、クランクスプロケット１４ｓが取り付けられている。これらのスプロケット１４ｓ，５２ｓ，５３ｓには、図示しないタイミングチェーンが巻き掛けられており、クランク軸１４の回転はタイミングチェーンを介して吸気カム軸５２および排気カム軸５３に伝達される。
油圧アクチュエータ５２ａ，５３ａには、複数の電磁バルブや油路からなるバルブユニット５４が接続されている。このバルブユニット５４を用いて油圧アクチュエータ５２ａ，５３ａを制御することにより、吸気カム軸５２とカムスプロケット５２ｓとの位相を調整することができ、排気カム軸５３とカムスプロケット５３ｓとの位相を調整することができる。つまり、油圧アクチュエータ５２ａ，５３ａを制御することにより、吸気バルブ４０の開閉時期であるバルブタイミングを制御することができ、排気バルブ４１の開閉時期であるバルブタイミングを制御することができる。なお、油圧アクチュエータ５２ａ，５３ａに作動油を供給するバルブユニット５４は、後述するメインコントローラ８０によって制御される。なお、図示する可変動弁機構４２は、吸気バルブ４０のバルブタイミングを遅角側に制御することができ、排気バルブ４１のバルブタイミングを進角側や遅角側に制御することができる。
［エンジンの充填効率］
図３はバルブタイミングと充填効率との関係の一例を示す図である。なお、図３に示される吸入空気の充填効率の各領域は、スロットル開度が１０°に制御され、かつエンジン回転数が３０００ｒｐｍに制御された場合における充填効率の各領域である。
図３に示すように、吸気バルブ４０のバルブタイミングを遅角側に制御し、排気バルブ４１のバルブタイミングを進角側や遅角側に制御することにより、バルブタイミングを領域Ａ１で制御することができる。このように、バルブタイミングを領域Ａ１で制御することにより、エンジン１２に対する吸入空気の充填効率を高めることができる。つまり、バルブタイミングを領域Ａ１で制御することにより、エンジン１２の吸入空気量を増加させることができ、エンジン１２のポンプ損失を減少させることができる。
一方、吸気バルブ４０のバルブタイミングを中立側（０°側）に制御し、排気バルブ４１のバルブタイミングを遅角側に制御することにより、バルブタイミングを領域Ａ８で制御することができる。このように、バルブタイミングを領域Ａ８で制御することにより、エンジン１２に対する吸入空気の充填効率を低下させることができる。つまり、バルブタイミングを領域Ａ８で制御することにより、エンジン１２の吸入空気量を減少させることができ、エンジン１２のポンプ損失を増加させることができる。
ここで、図４は高効率領域および低効率領域の一例を示す図である。なお、図４において、図３に示される領域と同一の領域には同一の符号が付されている。図４に示すように、エンジン１２の充填効率を所定の閾値Ｘよりも上げる領域、つまり領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４が高効率領域として設定されている。バルブタイミングを高効率領域Ａ１〜Ａ４で制御することにより、シリンダ内に充填される吸入空気を増加させることができ、エンジン１２のポンプ損失を減少させることができる。一方、エンジン１２の充填効率を所定の閾値Ｘよりも下げる領域、つまり領域Ａ５，Ａ６，Ａ７，Ａ８が低効率領域として設定されている。バルブタイミングを低効率領域Ａ５〜Ａ８で制御することにより、シリンダ内に充填される吸入空気を減少させることができ、エンジン１２のポンプ損失を増加させることができる。
［電源回路］
車両１１に搭載される電源回路６０について説明する。図５は電源回路６０の一例を示す回路図である。図５に示すように、電源回路６０は、スタータジェネレータ１６に電気的に接続される鉛バッテリ６１と、これと並列にスタータジェネレータ１６に電気的に接続されるリチウムイオンバッテリ６２と、を備えている。なお、リチウムイオンバッテリ６２を積極的に放電させるため、リチウムイオンバッテリ６２の端子電圧は、鉛バッテリ６１の端子電圧よりも高く設計されている。また、リチウムイオンバッテリ６２を積極的に充放電させるため、リチウムイオンバッテリ６２の内部抵抗は、鉛バッテリ６１の内部抵抗よりも小さく設計されている。このように、スタータジェネレータ１６には、互いに内部抵抗の異なる鉛バッテリ６１とリチウムイオンバッテリ６２とが並列接続されている。
鉛バッテリ６１の正極端子６１ａには正極ライン６３が接続され、リチウムイオンバッテリ６２の正極端子６２ａには正極ライン６４が接続され、スタータジェネレータ１６の正極端子１６ａには正極ライン６５が接続される。これらの正極ライン６３〜６５は、接続点６６を介して互いに接続されている。また、鉛バッテリ６１の負極端子６１ｂには負極ライン６７が接続され、リチウムイオンバッテリ６２の負極端子６２ｂには負極ライン６８が接続され、スタータジェネレータ１６の負極端子１６ｂには負極ライン６９が接続される。これらの負極ライン６７〜６９は、基準電位点７０を介して互いに接続されている。
鉛バッテリ６１の正極ライン６３には、導通状態と遮断状態とに切り替えられるスイッチＳＷ１が設けられている。スイッチＳＷ１を導通状態に制御することにより、スタータジェネレータ１６と鉛バッテリ６１とは互いに接続される。一方、スイッチＳＷ１を遮断状態に制御することにより、スタータジェネレータ１６と鉛バッテリ６１とは互いに切り離される。また、リチウムイオンバッテリ６２の正極ライン６４には、導通状態と遮断状態とに切り替えられるスイッチＳＷ２が設けられている。スイッチＳＷ２を導通状態に制御することにより、スタータジェネレータ１６とリチウムイオンバッテリ６２は互いに接続される。一方、スイッチＳＷ２を遮断状態に制御することにより、スタータジェネレータ１６とリチウムイオンバッテリ６２とは互いに切り離される。これらのスイッチＳＷ１，ＳＷ２は、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体素子によって構成されるスイッチであっても良く、電磁力等を用いて接点を機械的に開閉させるスイッチであっても良い。なお、スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、リレーやコンタクタ等とも呼ばれている。
図１に示すように、電源回路６０には、バッテリモジュール７１が設けられている。このバッテリモジュール７１には、リチウムイオンバッテリ６２が組み込まれるとともに、スイッチＳＷ１，ＳＷ２が組み込まれている。また、バッテリモジュール７１には、マイコン等からなるバッテリコントローラ７２が設けられている。バッテリコントローラ７２は、リチウムイオンバッテリ６２の充電状態ＳＯＣ、充放電電流、端子電圧、セル温度、内部抵抗等を監視する機能や、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御する機能を有している。
また、鉛バッテリ６１の正極ライン６３には、複数の電気機器７３が接続されている。また、鉛バッテリ６１の負極ライン６７には、バッテリセンサ７４が設けられている。このバッテリセンサ７４は、鉛バッテリ６１の充電電流、放電電流、端子電圧、充電状態ＳＯＣ等を検出する機能を有している。なお、正極ライン６３には、電気機器７３等を保護するヒューズ７５が設けられている。
［車両用制御装置の制御系］
車両用制御装置１０の制御系について説明する。図６は車両用制御装置１０の制御系を示す概略図である。図１および図６に示すように、車両用制御装置１０は、スタータジェネレータ１６、スロットルバルブ３１、可変動弁機構４２、ロックアップクラッチ２１、インジェクタ３２および点火装置３３等を制御するため、マイコン等からなるメインコントローラ８０を有している。メインコントローラ８０は、各装置に制御信号を出力する複数の制御部を有している。メインコントローラ８０に設けられる制御部としては、スタータジェネレータ１６を制御する発電機制御部８１、スロットルバルブ３１を制御するスロットル制御部８２、および可変動弁機構４２を制御するバルブタイミング制御部８３がある。さらに、メインコントローラ８０に設けられる制御部としては、ロックアップクラッチ２１を制御するクラッチ制御部８４、インジェクタ３２を制御するインジェクタ制御部８５、および点火装置３３を制御する点火制御部８６等がある。
メインコントローラ８０や前述した各コントローラ２５，２８，７２は、ＣＡＮやＬＩＮ等の車載ネットワーク８７を介して互いに通信自在に接続されている。メインコントローラ８０は、各種コントローラやセンサからの情報に基づいて、スタータジェネレータ１６、スロットルバルブ３１、可変動弁機構４２、ロックアップクラッチ２１、インジェクタ３２および点火装置３３等を制御する。なお、メインコントローラ８０のバルブタイミング制御部８３は、バルブユニット５４を介して可変動弁機構４２を制御することにより、バルブタイミングを低効率領域や高効率領域に制御する。また、メインコントローラ８０の発電機制御部８１は、ＩＳＧコントローラ２８に制御信号を出力することで、スタータジェネレータ１６の発電電圧や発電トルク等を制御する。また、メインコントローラ８０のクラッチ制御部８４は、ミッションコントローラ２５に制御信号を出力することで、ロックアップクラッチ２１を締結状態や解放状態に制御する。
図６に示すように、メインコントローラ８０に接続されるセンサとして、アクセルペダルの操作状況を検出するアクセルセンサ９０、ブレーキペダルの操作状況を検出するブレーキセンサ９１、スロットルバルブ３１の開度を検出するスロットル開度センサ９２、エンジン１２の回転速度であるエンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ９３、および車両１１の走行速度である車速を検出する車速センサ９４等がある。また、メインコントローラ８０には、ＩＳＧコントローラ２８からスタータジェネレータ１６の発電電圧や発電トルク等の情報が入力され、ミッションコントローラ２５からロックアップクラッチ２１の作動状態等の情報が入力され、バッテリコントローラ７２からリチウムイオンバッテリ６２の充電状態ＳＯＣ等の情報が入力される。なお、充電状態ＳＯＣ（State Of Charge）とは、バッテリの設計容量に対する蓄電量の比率である。
［電力供給状況］
スタータジェネレータ１６の発電制御や力行制御に伴う電力供給状況について説明する。図７はスタータジェネレータ１６を燃焼発電状態に制御したときの電力供給状況の一例を示す図である。図８はスタータジェネレータ１６を発電休止状態に制御したときの電力供給状況の一例を示す図である。図９はスタータジェネレータ１６を回生発電状態に制御したときの電力供給状況の一例を示す図である。図１０はスタータジェネレータ１６を力行状態に制御したときの電力供給状況の一例を示す図である。
図７に示すように、リチウムイオンバッテリ６２の蓄電量が低下している場合には、スタータジェネレータ１６が燃焼発電状態に制御される。つまり、リチウムイオンバッテリ６２の充電状態ＳＯＣが所定の下限値を下回る場合には、リチウムイオンバッテリ６２を充電して充電状態ＳＯＣを高めるため、スタータジェネレータ１６が燃焼発電状態に制御される。スタータジェネレータ１６を燃焼発電状態に制御する際には、スタータジェネレータ１６の発電電圧がリチウムイオンバッテリ６２の端子電圧よりも引き上げられる。これにより、図７に黒塗りの矢印で示すように、スタータジェネレータ１６から、リチウムイオンバッテリ６２、電気機器７３および鉛バッテリ６１等に対して発電電力が供給される。なお、スタータジェネレータ１６の燃焼発電状態とは、エンジン１２によってスタータジェネレータ１６が発電駆動される状態である。
図８に示すように、リチウムイオンバッテリ６２の蓄電量が十分に確保されている場合には、スタータジェネレータ１６が発電休止状態に制御される。つまり、リチウムイオンバッテリ６２の充電状態ＳＯＣが所定の上限値を上回る場合には、リチウムイオンバッテリ６２の放電を促してエンジン負荷を低減するため、スタータジェネレータ１６は発電休止状態に制御される。スタータジェネレータ１６を発電休止状態に制御する際には、スタータジェネレータ１６の発電電圧がリチウムイオンバッテリ６２の端子電圧よりも引き下げられる。これにより、図８に黒塗りの矢印で示すように、リチウムイオンバッテリ６２から電気機器７３等に対して電力が供給されるため、スタータジェネレータ１６の発電を抑制または停止させることができ、エンジン負荷を低減することができる。
前述したように、メインコントローラ８０は、充電状態ＳＯＣに基づきスタータジェネレータ１６を燃焼発電状態や発電休止状態に制御するが、減速走行時には多くの運動エネルギーを回収して燃費性能を高めることが必要である。そこで、減速走行時には、スタータジェネレータ１６が回生発電状態に制御され、スタータジェネレータ１６の発電電圧がバッテリ６１，６２や電気機器７３等の耐電圧を超えない範囲で引き上げられる。これにより、スタータジェネレータ１６の発電電力を増やすことができるため、運動エネルギーを積極的に電気エネルギーに変換して回収することができ、車両１１のエネルギー効率を高めて燃費性能を向上させることができる。
このように、スタータジェネレータ１６を回生発電状態に制御するか否かについては、アクセルペダルやブレーキペダルの操作状況等に基づき決定される。つまり、アクセルペダルおよびブレーキペダルの踏み込みが解除されるコースト走行時や、ブレーキペダルが踏み込まれる車両制動時には、エンジン１２の燃料カットが実施されて車両１１が減速する状況であるため、スタータジェネレータ１６が回生発電状態に制御される。一方、アクセルペダルが踏み込まれる加速走行や定常走行においては、エンジン１２の燃料噴射が実施される状況であることから、スタータジェネレータ１６は燃焼発電状態や発電休止状態に制御される。
スタータジェネレータ１６を回生発電状態に制御する際には、スタータジェネレータ１６の発電電圧が、バッテリ６１，６２や電気機器７３等の耐電圧を超えない範囲で引き上げられる。これにより、図９に黒塗りの矢印で示すように、スタータジェネレータ１６から、リチウムイオンバッテリ６２や鉛バッテリ６１に対して大きな電流が供給され、リチウムイオンバッテリ６２や鉛バッテリ６１を急速に充電することができる。なお、リチウムイオンバッテリ６２の内部抵抗は、鉛バッテリ６１の内部抵抗よりも小さいことから、発電電流の多くはリチウムイオンバッテリ６２に供給される。
図７〜図９に示すように、スタータジェネレータ１６を燃焼発電状態、回生発電状態および発電休止状態に制御する際に、スイッチＳＷ１，ＳＷ２は導通状態に保持される。つまり、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の切替制御を行うことなく、スタータジェネレータ１６の発電電圧を制御するだけで、リチウムイオンバッテリ６２の充放電を制御することが可能である。これにより、簡単にリチウムイオンバッテリ６２の充放電を制御することができ、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の耐久性を向上させることができる。
また、図１０に示すように、スタータジェネレータ１６を力行状態に制御する際には、スイッチＳＷ１が導通状態から遮断状態に切り替えられる。つまり、スタータジェネレータ１６によってエンジン１２を始動回転させる場合や、スタータジェネレータ１６によってエンジン１２をアシスト駆動する場合には、スイッチＳＷ１が導通状態から遮断状態に切り替えられる。これにより、リチウムイオンバッテリ６２からスタータジェネレータ１６に対して大電流が供給される場合であっても、電気機器７３等に対する瞬間的な電圧低下を防止することができ、電気機器７３等を正常に機能させることができる。
［回生発電制御］
前述したように、車両１１のエネルギー効率を高めて燃費性能を向上させる観点から、コースト走行等の減速走行時においては、スタータジェネレータ１６を回生発電状態に制御することにより、多くの運動エネルギーを電気エネルギーに変換して回収している。以下、メインコントローラ８０によって実行される減速走行時の回生発電制御について説明する。図１１は回生発電制御における各種装置の作動状況の一例を示すタイミングチャートである。なお、図１１に示される減速走行は、アクセルペダルおよびブレーキペダルの踏み込みが解除されるコースト走行である。また、図１１に示した「ＩＳＧ」は、スタータジェネレータ１６を意味している。
図１１に時刻ｔ１で示すように、アクセルペダルの踏み込みが解除されるコースト走行時には、エンジン１２が燃料カット状態に制御され（符号ａ１）、スタータジェネレータ１６が回生発電状態に制御され（符号ｂ１）、ロックアップクラッチ２１が締結状態に制御される（符号ｃ１）。このように、回生発電が実施されるコースト走行時には、ロックアップクラッチ２１が締結状態に制御される。これにより、車輪２０からスタータジェネレータ１６に効率良く回転力を伝達することができるため、スタータジェネレータ１６の回生トルクつまり発電トルクを高めることができ、コースト走行時の発電電力を増加させることができる。
また、図１１に時刻ｔ１で示すように、回生発電が実施されるコースト走行時には、吸気バルブ４０および排気バルブ４１のバルブタイミングが高効率領域で制御される（符号ｄ１）。つまり、コースト走行時には、エンジン１２のバルブタイミングが、図３および図４に示した高効率領域（領域Ａ１〜Ａ４）で制御される。このように、エンジン１２を高効率領域で制御することにより、エンジン１２の吸入空気量を増加させることができ、エンジン１２のポンプ損失を減少させることができる。これにより、コースト走行時のエンジンブレーキを減らすことができるため、車両減速度を過度に増加させずに発電トルクを増やすことができ、乗員に違和感を与えることなく発電電力を増加させることができる。
さらに、図１１に時刻ｔ１で示すように、回生発電が実施されるコースト走行時には、スロットルバルブ３１が開き側に制御される（符号ｅ１）。なお、スロットルバルブ３１の開き側とは、スロットル開度が所定値αを上回る側を意味しており、スロットルバルブ３１の閉じ側とは、スロットル開度が所定値αを下回る側を意味している。前述したように、コースト走行時にスロットルバルブ３１を開き側に制御することにより、エンジン１２の吸入空気量を増加させることができ、エンジン１２のポンプ損失を減少させることができる。これにより、コースト走行時のエンジンブレーキを減らすことができるため、車両減速度を過度に増加させずに発電トルクを増やすことができ、乗員に違和感を与えることなく発電電力を増加させることができる。なお、符号ｂ２で示すように、スタータジェネレータ１６を回生発電させる際には、車両減速度が過度に増加することのないように、車速低下に応じて発電トルクが徐々に引き下げられる。
図１１に時刻ｔ２で示すように、ロックアップクラッチ２１が締結状態から解放状態に切り替えられると（符号ｃ２）、吸気バルブ４０および排気バルブ４１のバルブタイミングが低効率領域で制御される（符号ｄ２）。つまり、ロックアップクラッチ２１が解放されると、エンジン１２のバルブタイミングが、図３および図４に示した低効率領域（領域Ａ５〜Ａ８）で制御される。また、図１１に時刻ｔ２で示すように、ロックアップクラッチ２１が締結状態から解放状態に切り替えられると（符号ｃ２）、スロットルバルブ３１が閉じ側に制御される（符号ｅ２）。なお、図示する例では、スロットルバルブ３１を閉じ側に制御する際に、スロットルバルブ３１を全閉位置まで閉じているが、これに限られることはなく、スロットル開度が所定値αを下回る範囲でスロットルバルブ３１を開いても良い。また、減速走行時にロックアップクラッチ２１が解放される条件としては、車速が所定値を下回ること、車両減速度が所定値を上回ること、エンジン回転数が所定値を下回ること等があるが、これらの条件に限られることはない。
続いて、図１１に時刻ｔ３で示すように、エンジン回転数が所定の下限値βに到達すると（符号ｆ１）、エンジンストールを防止する観点からエンジン１２に対する燃料噴射が再開される（符号ａ２）。つまり、エンジン回転数が低下して下限値βに到達した場合には、エンジン１２が燃料カット状態から燃料噴射状態に切り替えられる。このように、エンジン１２に対する燃料噴射が再開されると、車両１１を加速させる方向にエンジントルクが出力されるため、車両減速度を減少させて乗員に違和感を与えてしまう虞がある。
しかしながら、前述したように、ロックアップクラッチ２１が解放された場合には、バルブタイミングが高効率領域から低効率領域に切り替えられる（符号ｄ２）。これにより、燃料噴射の再開に備えてエンジン１２の吸入空気量を減少させることができるため、燃料噴射によって出力されるエンジントルクを小さく抑えることができ、乗員に違和感を与えることなく燃料噴射を再開することができる。さらに、ロックアップクラッチ２１が解放された場合には、符号ｅ２で示すように、スロットルバルブ３１が開き側から閉じ側に制御される。これにより、燃料噴射の再開に備えてエンジン１２の吸入空気量を減少させることができるため、燃料噴射によって出力されるエンジントルクを小さく抑えることができ、乗員に違和感を与えることなく燃料噴射を再開することができる。なお、エンジン１２の燃料噴射を再開する際には、エンジン１２の点火時期を遅らせる点火遅角制御を実行しても良い。この点火遅角制御を実行することにより、更にエンジントルクを抑制することが可能である。
また、図１１に時刻ｔ３で示すように、エンジン１２の燃料噴射が再開されると、吸気バルブ４０や排気バルブ４１のバルブタイミングは、エンジン回転数、車速、スロットル開度等に基づき通常制御される（符号ｄ３）。つまり、バルブタイミングの低効率領域における制御は、エンジン１２に対する燃料噴射が再開されるまで継続される。これにより、エンジン１２に対する燃料噴射の再開される迄に、エンジン１２の吸入空気量を十分に減少させることができ、燃料噴射の再開に伴って出力されるエンジントルクを抑制することができる。
これまで説明したように、減速走行時にロックアップクラッチ２１が締結状態から解放状態に切り替えられた場合には、バルブタイミングが高効率領域から低効率領域に切り替えて制御される。これにより、燃料噴射の再開に備えてエンジン１２の吸入空気量を減少させることができるため、図１１に矢印ｆ２で示すように、燃料噴射の再開に伴うエンジン回転数の吹け上がりを抑えることができる。すなわち、回生発電時の発電電力を確保する観点から、減速走行時にバルブタイミングを高効率領域に制御していた場合であっても、燃料噴射の再開に備えて吸入空気量を減少させることができるため、燃料噴射の再開に伴って出力されるエンジントルクを小さく抑えることができる。
［高効率領域および低効率領域の他の例］
前述の説明では、バルブタイミングの高効率領域として、エンジン１２の充填効率を所定の閾値Ｘよりも上げる領域Ａ１〜Ａ４を設定し、バルブタイミングの低効率領域として、エンジン１２の充填効率を所定の閾値Ｘよりも下げる領域Ａ５〜Ａ８を設定しているが、これに限られることはない。ここで、図１２は高効率領域および低効率領域の他の例を示す図である。なお、図１２において、図３に示される領域と同一の領域には同一の符号が付されている。図１２に示すように、バルブタイミングの低効率領域として、エンジン１２の充填効率を所定の第１閾値Ｘ１よりも下げる領域Ａ７，Ａ８を設定しても良く、バルブタイミングの高効率領域として、エンジン１２の充填効率を第１閾値Ｘ１よりも高効率側の第２閾値Ｘ２よりも上げる領域Ａ１，Ａ２を設定しても良い。図１２に示すように、高効率領域や低効率領域を離して設定した場合であっても、前述した各種効果と同様の効果を得ることができる。
また、前述の説明では、図３に示した例を挙げて、バルブタイミングの高効率領域や低効率領域を説明しているが、高効率領域や低効率領域の例としては、図３に示した例に限られることはない。ここで、図１３および図１４は、バルブタイミングと充填効率との関係の他の例を示す図である。図１３および図１４において、図３に示した高効率領域Ａ１と同じ充填効率を示す領域には同一の符号Ａ１が付されており、図３に示した低効率領域Ａ８と同じ充填効率を示す領域には同一の符号Ａ８が付されている。
図１３（ａ）にはスロットル開度が１０°であり且つエンジン回転数が１０００ｒｐｍである場合の充填効率の各領域が示され、図１３（ｂ）にはスロットル開度が１０°であり且つエンジン回転数が３０００ｒｐｍである場合の充填効率の各領域が示され、図１３（ｃ）にはスロットル開度が１０°であり且つエンジン回転数が５０００ｒｐｍである場合の充填効率の各領域が示されている。また、図１４（ａ）にはスロットル開度が５°であり且つエンジン回転数が１０００ｒｐｍである場合の充填効率の各領域が示され、図１４（ｂ）にはスロットル開度が５°であり且つエンジン回転数が３０００ｒｐｍである場合の充填効率の各領域が示され、図１４（ｃ）にはスロットル開度が５°であり且つエンジン回転数が５０００ｒｐｍである場合の充填効率の各領域が示されている。
図１３および図１４に示すように、高効率領域Ａ１や低効率領域Ａ８は、スロットル開度に応じて変化する領域であり、エンジン回転数に応じて変化する領域である。つまり、エンジン１２を高効率領域Ａ１や低効率領域Ａ８に制御する場合に、吸気バルブ４０のバルブタイミングの制御目標は一義的に決定されるものではなく、排気バルブ４１のバルブタイミングの制御目標は一義的に決定されるものではない。すなわち、エンジン１２を高効率領域Ａ１や低効率領域Ａ８に制御する場合に、吸気バルブ４０や排気バルブ４１のバルブタイミングの制御目標は、スロットル開度やエンジン回転数等に基づき決定される目標値となっている。
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。前述の説明では、可変動弁機構４２として、吸気バルブ４０および排気バルブ４１のバルブタイミングを変化させる可変動弁機構４２を用いているが、これに限られることはない。例えば、吸気バルブ４０のバルブタイミングだけを制御する可変動弁機構であっても良く、排気バルブ４１のバルブタイミングだけを制御する可変動弁機構であっても良い。このように、吸気バルブ４０のバルブタイミングだけを制御する場合であっても、エンジン１２を高効率領域や低効率領域に制御することが可能であり、排気バルブ４１のバルブタイミングだけを制御する場合であっても、エンジン１２を高効率領域や低効率領域に制御することが可能である。また、可変動弁機構４２としては、吸気バルブ４０や排気バルブ４１のリフト量や作動角を変化させるものであっても良い。
前述の説明では、車両１１の減速走行として惰性走行であるコースト走行を例示しているが、これに限られることはない。例えば、ブレーキペダルを踏み込みながら減速する減速走行時に、ロックアップクラッチ２１が解放されるタイミングで、バルブタイミングを高効率領域から低効率領域に切り替えても良い。また、前述の説明では、発電機としてスタータジェネレータ１６を採用しているが、これに限られることはなく、電動機として使用されないジェネレータを採用しても良い。また、前述の説明では、メインコントローラ８０に、発電機制御部８１、スロットル制御部８２、バルブタイミング制御部８３、クラッチ制御部８４、インジェクタ制御部８５、および点火制御部８６を組み込んでいるが、これらの制御部を、他のコントローラに組み込んでも良く、複数のコントローラに分けて組み込んでも良い。
図示するエンジン１２は水平対向エンジンであるが、これに限られることはなく、他の形式のエンジンであっても良い。また、前述の説明では、スタータジェネレータ１６に対して２つの蓄電体を接続しているが、これに限られることはなく、スタータジェネレータ１６に対して１つの蓄電体を接続しても良い。また、前述の説明では、スタータジェネレータ１６に接続される蓄電体として鉛バッテリ６１やリチウムイオンバッテリ６２を採用しているが、これに限られることはなく、他の種類のバッテリやキャパシタを採用しても良い。また、図１および図５に示した例では、リチウムイオンバッテリ６２の正極ライン６４にスイッチＳＷ２を設けているが、これに限られることはない。例えば、図５に一点鎖線で示すように、リチウムイオンバッテリ６２の負極ライン６８にスイッチＳＷ２を設けても良い。
１０ 車両用制御装置
１２ エンジン
１６ スタータジェネレータ（発電機）
２１ ロックアップクラッチ
３１ スロットルバルブ
４０ 吸気バルブ
４１ 排気バルブ
８２ スロットル制御部
８３ バルブタイミング制御部
Ａ１〜Ａ４ 領域（高効率領域）
Ａ５〜Ａ８ 領域（低効率領域）
Ｘ 閾値
Ｘ１ 第１閾値
Ｘ２ 第２閾値

Claims (4)

  1. エンジンを備える車両用制御装置であって、
    前記エンジンに連結される発電機と、
    前記エンジンに連結されるロックアップクラッチと、
    前記エンジンに設けられる吸気バルブと、
    前記エンジンに設けられる排気バルブと、
    前記吸気バルブと前記排気バルブとの少なくとも何れか一方のバルブタイミングを、前記エンジンの充填効率を閾値よりも下げる低効率領域と、前記エンジンの充填効率を前記閾値よりも上げる高効率領域とに、制御するバルブタイミング制御部と、
    減速走行時に前記発電機を発電させる回生発電状態と、前記発電機の発電を休止する発電休止状態とに、前記発電機を制御する発電機制御部と、
    を有し、
    前記バルブタイミング制御部は、減速走行時に前記発電機が回生発電状態に制御される場合に、前記バルブタイミングを前記高効率領域に制御し、
    前記バルブタイミング制御部は、減速走行時に前記バルブタイミングを前記高効率領域に制御した状態のもとで、前記ロックアップクラッチが締結状態から解放状態に切り替えられた場合に、前記バルブタイミングを前記高効率領域から前記低効率領域に制御し、
    前記バルブタイミング制御部は、前記ロックアップクラッチの解放に伴って前記バルブタイミングを前記高効率領域から前記低効率領域に制御した後に、前記エンジンが燃料カット状態から燃料噴射状態に切り替えられるまで、前記バルブタイミングの前記低効率領域での制御を継続し、
    前記発電機制御部は、減速走行時の車速低下に伴い前記発電機の発電トルクを下げて前記発電機を回生発電状態から発電休止状態に制御した後に、前記エンジンが燃料カット状態から燃料噴射状態に切り替えられた後まで前記発電機の発電休止状態を継続する、
    車両用制御装置。
  2. 請求項１に記載の車両用制御装置において、
    前記低効率領域は、前記エンジンの充填効率を第１閾値よりも下げる領域であり、
    前記高効率領域は、前記エンジンの充填効率を前記第１閾値よりも高効率側の第２閾値よりも上げる領域である、
    車両用制御装置。
  3. 請求項１または２に記載の車両用制御装置において、
    前記バルブタイミング制御部は、前記エンジンが燃料カット状態から燃料噴射状態に切り替えられるまで、前記バルブタイミングの前記低効率領域での制御を継続し、前記エンジンが燃料カット状態から燃料噴射状態に切り替えられた後に、前記低効率領域以外の領域を含む領域で前記バルブタイミングの通常制御を実行する、
    車両用制御装置。
  4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用制御装置において、
    前記エンジンのスロットルバルブを制御するスロットル制御部を有し、
    前記スロットル制御部は、減速走行時に前記発電機が回生発電を行う場合に、前記スロットルバルブを開き側に制御し、
    前記スロットル制御部は、減速走行時に前記スロットルバルブを開き側に制御した状態のもとで、前記ロックアップクラッチが締結状態から解放状態に切り替えられた場合に、前記スロットルバルブを閉じ側に制御する、
    車両用制御装置
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