JPWO2013014797A1 - ハイブリッド車両のエンジン停止制御装置 - Google Patents

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Abstract

車両走行中にK0クラッチ(34)を遮断して直噴エンジン(12)を停止させる際に、クランク軸(114)の停止位置が目標停止範囲Φtargetの範囲外の場合には、一旦遮断されたK0クラッチ(34)を一時的に摩擦係合させてクランク軸(114)を少しだけ回転させる。これにより、圧縮TDC(上死点)付近で停止したクランク軸(114)がポンピング作用と相まってポンピングエネルギーの極小領域まで回転して停止させられる。ポンピングエネルギーの極小領域は、エンジン始動時のアシストトルクが小さい着火始動に適した目標停止範囲Φtargetと重複しているため、次のエンジン始動時に着火始動を適切に行うことができ、エンジン始動時のアシストトルクを低減できる。

Description

本発明は、直噴エンジンを備えているハイブリッド車両のエンジン停止制御装置に関するものである。
(a) 気筒内に燃料を直接噴射する直噴エンジンと、(b) その直噴エンジンを動力伝達経路に対して断接(接続・遮断)するクラッチと、(c) 少なくとも電動モータとして機能する回転機と、を有し、(d) 前記直噴エンジンおよび前記回転機を走行用の駆動力源として用いることができるハイブリッド車両が知られている。特許文献1に記載のハイブリッド車両はその一例で、回転機のみを駆動力源として走行するモータ走行中に摩擦クラッチを接続(摩擦係合)して直噴エンジンのクランク軸を回転させ、膨張行程の気筒のクランク角度が所定範囲内となるように調整することにより、エンジン始動時に、その膨張行程の気筒内に燃料を噴射して点火する着火始動の技術が記載されている。特許文献2は、直噴エンジンを備えたエンジン駆動車両に関するものであるが、車両停止時にアイドリングストップ(エンジン停止)する際に、次のエンジン始動に備えてオルタネータによる発電(回転負荷)およびスロットル制御による出力調整により、エンジン停止時に膨張行程の気筒のクランク角度が、着火始動が可能な所定の角度範囲内に入るようにする技術が記載されている。
なお、直噴エンジンのフリクションが小さい場合など、上記着火始動だけでエンジンを自力で始動できる場合があるが、必要に応じてエンジン始動時にクラッチを接続して回転機によりクランキングをアシストすることも可能で、着火始動によりアシストトルクを大幅に低減できる。これにより、回転機の最大トルクが低減されて小型化や低燃費化を図ることができる。
特表2009−527411号公報 特開2005−155549号公報
しかしながら、引用文献1では直噴エンジンの停止中に単に一定時間クラッチを接続(摩擦係合)してクランク軸を回転させるだけであるため、クランク角度を速やかに所定範囲内とすることができず、エンジンの始動に間に合わない可能性があった。引用文献2では、オルタネータによる回転負荷でクランク軸の停止位置を調整しているが、直噴エンジンがクラッチにより動力伝達経路に対して断接されるハイブリッド車両の場合、クラッチの接続は差回転が小さくなるようにクランク軸を回転させるだけで、制動できないため、引用文献2に記載の技術を引用文献1に記載のハイブリッド車両に適用してエンジン停止時のクランク角度を調整することはできない。
ここで、未だ公知ではないが、本発明者等の実験や研究によれば、8気筒の4サイクルエンジンの場合、各気筒のクランク角度を90°ずつずらすことが可能で、エンジン停止時には1〜2つの気筒が膨張行程となり、且つポンピング作用(空気の圧縮によるばねのような作用)による位置エネルギーの関係で自動的に着火始動可能な範囲内でクランク軸が停止させられる場合が多いが、10%程度の確率でクランク軸が圧縮TDC(Top Dead Center;上死点)付近で停止することがあった。図8は、膨張行程におけるクランク角度(0°=圧縮TDC)とポンピングによる位置エネルギー(ポンピングエネルギー)および始動時に必要なアシストトルクとの関係を計算により求めたもので、何れの気筒数の場合も圧縮TDCであるクランク角度が0°付近にポンピングエネルギーの山があり、その頂点付近では回転方向の釣り合いおよびエンジンのフリクションによりクランク軸が停止してしまうのである。
このように圧縮TDC付近でクランク軸が停止すると、8気筒エンジンの場合、一つ前の気筒はクランク角度が90°付近で未だ膨張行程であるため、着火始動は可能であるものの、すぐに排気弁が開いて排気行程になる(例えば120°付近)ため十分な回転エネルギーは期待できず、始動時に大きなアシストトルクが必要になる。2気筒エンジン〜6気筒エンジンの場合、一つ前の気筒は既に膨張行程を通過しているため膨張行程の気筒が存在せず、着火始動自体が不可能である。
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、直噴エンジンがクラッチにより動力伝達経路に対して断接されるハイブリッド車両において、走行中にクラッチを遮断して直噴エンジンを停止させる際に、クランク軸が着火始動に適した位置(クランク角度)で停止させられるようにすることにある。
かかる目的を達成するために、第1発明は、(a) 気筒内に燃料を直接噴射する直噴エンジンと、(b) その直噴エンジンを動力伝達経路に対して断接するクラッチと、(c) 少なくとも電動モータとして機能する回転機と、を有し、(d) 前記直噴エンジンおよび前記回転機を走行用の駆動力源として用いることができるハイブリッド車両において、(e) 走行中に前記クラッチを遮断して前記直噴エンジンを停止させる際に、そのエンジン停止時またはエンジン停止直後に、一旦遮断された前記断接装置を一時的に接続することを特徴とする。
第2発明は、第1発明のハイブリッド車両のエンジン停止制御装置において、前記クラッチの接続処理は、気筒内の空気の圧縮によるポンピング作用が得られる時間内に行われ、前記クランク軸はポンピングエネルギーが低いクランク角度で自動的に停止させられることを特徴とする。
第3発明は、第1発明または第2発明のハイブリッド車両のエンジン停止制御装置において、前記クラッチの接続処理は、前記直噴エンジンの複数の気筒の少なくとも一つが膨張行程で、且つその気筒内に燃料を噴射して点火することによりその直噴エンジンを始動する着火始動に適した予め定められた目標停止範囲内で前記クランク軸が停止するように定められることを特徴とする。
第4発明は、第3発明のハイブリッド車両のエンジン停止制御装置において、前記クラッチの接続処理は、前記直噴エンジンのフリクションに打ち勝って前記クランク軸を回転させることができる接続トルクを発生させるとともに、クランク角度が予め定められた制御停止位置を超えたら直ちにそのクラッチを遮断することを特徴とする。
第5発明は、第3発明のハイブリッド車両のエンジン停止制御装置において、前記クラッチの接続処理は、前記直噴エンジンのフリクションに打ち勝って前記クランク軸を回転させることができる接続トルクを予め定められた一定時間だけ発生させることを特徴とする。
第6発明は、第3発明〜第5発明の何れかのハイブリッド車両のエンジン停止制御装置において、(a) 前記クラッチの接続処理は、前記エンジン停止時における前記クランク軸の停止位置が前記目標停止範囲から逸脱している場合に実施されるとともに、(b) 前記クランク軸の停止位置はそのクランク軸の揺り返し点に基づいて推定されることを特徴とする。
第7発明は、第3発明〜第5発明の何れかのハイブリッド車両のエンジン停止制御装置において、前記クラッチの接続処理は、前記エンジン停止時における前記クランク軸の停止位置とは無関係に実施されることを特徴とする。
第8発明は、第1発明〜第7発明の何れかのハイブリッド車両のエンジン停止制御装置において、前記クラッチを遮断して前記直噴エンジンを停止させる際に吸入空気量調整弁を開き制御することを特徴とする。
第9発明は、第1発明〜第8発明の何れかのハイブリッド車両のエンジン停止制御装置において、前記クラッチを一時的に接続する際に前記回転機の出力を増大させることを特徴とする。
このようなハイブリッド車両のエンジン停止制御装置においては、エンジン停止時またはエンジン停止直後に一旦遮断されたクラッチを一時的に接続するため、圧縮TDC付近でクランク軸が停止した場合でも、クラッチの係合でクランク軸が回転させられることによりその圧縮TDC付近から離脱し、ポンピングエネルギーが低いクランク角度で停止させられる。すなわち、エンジン停止時または停止直後であるため、気筒内から空気が漏れ出す前で気筒内の空気の圧縮によるポンピング作用が得られ、ポンピングエネルギーが低いクランク角度で自動的に停止させられるのである。そして、このポンピングエネルギーが低いクランク角度は、エンジン始動時のクランキングのアシストトルクが比較的小さい着火始動に適したクランク角度の範囲と重複しているため、次のエンジン始動時に着火始動を適切に行うことができ、エンジン始動時のアシストトルクを低減できる。
第2発明では、上記クラッチの接続処理が、気筒内の空気の圧縮によるポンピング作用が得られる時間内に行われ、クランク軸はポンピングエネルギーが低いクランク角度で自動的に停止させられるため、次のエンジン始動時に着火始動を適切に行うことができる。すなわち、気筒内の空気の量は、エンジン停止時の吸入空気量調整弁(スロットル弁など)の開度によって異なり、吸入空気量調整弁を開いたまま直噴エンジンが停止させられた場合は、気筒内に十分な空気が吸入されているため、比較的長い時間ポンピング作用が得られるが、吸入空気量調整弁を閉じたまま直噴エンジンが停止させられた場合は、気筒内の吸入空気量が少なく、空気の漏れにより比較的短時間でポンピング作用が喪失するため、ポンピングエネルギーでクランク軸を所定のクランク角度で停止させるためには、短時間でクラッチの接続処理によりクランク軸を回転させる必要があるのである。
第3発明では、クラッチの接続処理(接続トルクや接続時間など)が、直噴エンジンの複数の気筒の少なくとも一つが膨張行程で、且つ着火始動に適した目標停止範囲内でクランク軸が停止するように定められるため、次のエンジン始動時に着火始動を適切に行うことができる。例えば、第4発明のように直噴エンジンのフリクションに打ち勝ってクランク軸を回転させることができる接続トルクを発生させるとともに、クランク角度が予め定められた制御停止位置を超えたら直ちにそのクラッチを遮断することにより、圧縮TDC付近からクランク軸を回転させるとともに前記ポンピング作用と相まって目標停止範囲内で停止させることができる。また、第5発明のように直噴エンジンのフリクションに打ち勝ってクランク軸を回転させることができる接続トルクを予め定められた一定時間だけ発生させることにより、圧縮TDC付近からクランク軸を回転させるとともに前記ポンピング作用と相まって目標停止範囲内で停止させることができる。
第6発明は、エンジン停止時におけるクランク軸の停止位置が予め定められた目標停止範囲から逸脱している場合にクラッチの接続処理を実施する場合で、そのクランク軸の停止位置がクランク軸の揺り返し点に基づいて推定されるため、クランク軸の停止位置が目標停止範囲から逸脱しているか否かを速やかに判断することが可能で、ポンピング作用が得られる時間内にクラッチの接続処理を適切に行うことができる。
第7発明は、エンジン停止時におけるクランク軸の停止位置とは無関係にクラッチの接続処理を実施する場合で、制御を迅速に実行できるためポンピング作用が得られる時間内にクラッチの接続処理を適切に行うことができるとともに、制御が簡単で装置が安価に構成される。その場合に、クランク軸の停止位置が目標停止範囲内であっても、クラッチの接続処理が実施されてクランク軸が回転させられるが、4気筒以上の気筒数の直噴エンジンにおいてはポンピング作用で揺り戻されることにより再び目標停止範囲内に停止させることができる。
第8発明では、クラッチを遮断して直噴エンジンを停止させる際に吸入空気量調整弁が開き制御されるため、気筒内に十分な空気が吸入されて比較的長い時間ポンピング作用が得られ、クラッチの接続処理でクランク軸をポンピングエネルギーが低いクランク角度で自動的に停止させることができる。
第9発明では、クラッチを一時的に接続する際に回転機の出力を増大させるため、クラッチの接続でクランク軸を回転させた時に駆動力変動等によるショックが発生することが抑制される。
本発明が好適に適用されるハイブリッド車両の骨子図に、制御系統の要部を併せて示した概略構成図である。 図1のハイブリッド車両の直噴エンジンを説明する断面図である。 図1の電子制御装置が機能的に備えているエンジン停止制御手段の作動を具体的に説明するフローチャートである。 図3のステップS9のクランク軸の停止位置補正制御を具体的に説明するフローチャートである。 図3および図4のフローチャートに従ってエンジン停止制御が行われた場合の各部の作動状態の変化を説明するタイムチャートの一例である。 図3のステップS8および図4のステップR6で揺り返し点に基づいて揺り返し量を求めるマップの一例を示す図である。 種々の気筒数の直噴エンジンにおいて着火始動できないクランク軸の停止位置および着火始動が可能なクランク軸の停止位置の一例を説明する図である。 種々の気筒数の直噴エンジンにおいて膨張行程におけるクランク角度(0°=圧縮TDC)と、ポンピングによる位置エネルギー(ポンピングエネルギー)との関係、および始動時に必要なアシストトルクとの関係を計算により求めた結果を示す図である。 本発明の他の実施例を説明する図で、図4の代わりに用いられるフローチャートである。 本発明の更に別の実施例を説明する図で、図4の代わりに用いられるフローチャートである。 本発明の更に別の実施例を説明する図で、図3の代わりに用いられるフローチャートである。 本発明の更に別の実施例を説明する図で、図3の代わりに用いられるフローチャートである。
本発明は、直噴エンジンがクラッチにより動力伝達経路に対して断接されるパラレル型等のハイブリッド車両に適用され、回転機のみを駆動力源として走行するモータ走行モード時や車両減速時等に直噴エンジンを停止させる際のエンジン停止制御に適用される。クラッチとしては、単板式、多板式等の摩擦係合クラッチが好適に用いられる。
本発明のハイブリッド車両は、直噴エンジンおよび回転機を走行用の駆動力源として用いることが可能で、回転機としては、電動モータおよび発電機の両方の機能を択一的に用いることができるモータジェネレータが好適に用いられる。直噴エンジンは、4サイクルのガソリンエンジンが好適に用いられ、4気筒以上の多気筒エンジンに特に好適に適用されるが、2気筒エンジンや3気筒エンジンに適用することもできる。2サイクルのガソリンエンジンなど、膨張行程の気筒内に燃料を噴射して着火始動できる他の往復動内燃機関を用いることも可能である。
エンジン停止時またはエンジン停止直後にクラッチを一時的に接続してクランク軸を回転させるが、エンジン停止直後はポンピング作用が得られる時間で、エンジン停止時の吸入空気量調整弁の作動状態やシール性能等によって異なるが、例えばエンジン停止後1秒程度以内であれば良い。また、エンジン停止時は、実際に直噴エンジンの回転が停止した時だけでなく、エンジン停止時におけるクランク軸の停止位置(クランク角度)を予測できれば、直噴エンジンが完全に停止する前であっても良いし、クランク軸が揺り返しを生じる場合はその揺り返し時点、或いは最初にエンジン回転速度が0になった時点でも良い。一時的とは、圧縮TDC付近でクランク軸が停止した場合に、その圧縮TDC付近からポンピングエネルギーが低いクランク角度までクランク軸を回転させることができる極短時間で、気筒数等によって異なるが、例えばクランク軸を5°〜10°程度回転させればポンピングエネルギーの山から離脱させることが可能で、後は自動的にポンピングエネルギーの谷となる極小領域まで回転する。ポンピングエネルギーの極小領域に達するまでクラッチの接続状態を継続しても良い。
第4発明、第5発明では、直噴エンジンのフリクションに打ち勝ってクランク軸を回転させることができる接続トルクを発生させるが、この接続トルクは、直噴エンジンのフリクションよりも僅かに大きいトルクで、ポンピングエネルギーの山を乗り越えるような大きなものではなく、クラッチが遮断されることによりクランク軸は揺り返し等によってポンピングエネルギーの極小領域で自動的に停止する。2気筒エンジンや3気筒エンジンの場合、図8の(a) 、(b) に示すようにポンピングエネルギーの極小領域が膨張行程(0°〜120°程度)よりも大きく、適切に着火始動できるエンジン始動時のアシストトルク(始動アシストトルク)が低い目標停止範囲を超えているため、揺り返しによってクランク軸が目標停止範囲まで戻る可能性は低く、目標停止範囲を通過しないように、上記接続トルクを直噴エンジンのフリクションに打ち勝ってクランク軸を回転させることができる範囲で小さ目に設定することが望ましい。4気筒エンジンや6気筒エンジン、8気筒エンジン、或いはそれより気筒数が多い多気筒エンジンの場合、ポンピングエネルギーの極小領域が膨張行程(0°〜120°程度)の範囲内であるため、クランク軸が揺り返しによって極小領域まで戻されることにより目標停止範囲に入る可能性が高く、2気筒エンジンや3気筒エンジンに比べて大き目の接続トルクを設定できる。
第4発明でクラッチを遮断する制御停止位置は、クランク軸がポンピングエネルギーの山から離脱する例えばクランク角度が圧縮TDCから5°〜10°程度の位置であっても良いが、適切に着火始動を行うことができる目標停止範囲内に入った段階で遮断するようにしても良いし、その目標停止範囲の手前で遮断するようにしても良いなど、前記接続トルクの大きさや直噴エンジンのフリクション等を考慮して種々の態様が可能である。第5発明では、前記接続トルクを一定時間だけ発生させるが、この一定時間は、少なくともクランク軸がポンピングエネルギーの山から離脱する例えばクランク角度が圧縮TDCから5°〜10°程度の位置まで回転させることができる時間で、上記目標停止範囲に入るまでの時間であっても良く、接続トルクの大きさや直噴エンジンのフリクション等を考慮して適宜定められる。これ等の制御停止位置および一定時間についても、2気筒エンジンや3気筒エンジンのように揺り返しによってクランク軸が目標停止範囲まで戻る可能性が低い場合は、クランク角度が目標停止範囲を通過しないように小さ目に設定することが望ましい。また、接続トルクや制御停止位置、一定時間は、クランク軸が目標停止範囲内で停止するように必要に応じて学習補正することが望ましい。
ここで、4気筒エンジンは、図8の(c) から明らかなようにポンピングエネルギーの極小領域が比較的広く、膨張行程の境界である120°付近まで達しているとともに、その120°付近で始動アシストトルクが急激に増大する。このため、その120°付近でクランク軸が停止することを避ける上で、2気筒エンジンや3気筒エンジンと同様にクランク軸のクランク角度がポンピングエネルギーの極小領域を通過することが無く、且つ例えば110°以下の範囲内で停止するように、前記接続トルクや制御停止位置、一定時間を小さ目に設定するようにしても良い。
第6発明は、エンジン停止時におけるクランク軸の停止位置が予め定められた目標停止範囲から逸脱している場合にクラッチの接続処理が実施される場合で、クランク軸の停止位置が揺り返し点に基づいて推定されるため、クランク軸の停止位置が目標停止範囲から逸脱しているか否かを速やかに判断できるが、他の発明の実施に際しては、実際にエンジン回転が完全に停止した時のクランク軸の停止位置に基づいて目標停止範囲から逸脱しているか否かを判断するようにしても良い。目標停止範囲は、適切に着火始動できるクランク角度の範囲であるが、ポンピングエネルギーの極小領域と重なる範囲が望ましく、図8から明らかなように、2気筒エンジンおよび3気筒エンジンの場合は例えば圧縮TDCから40°〜100°程度の範囲が適当である。4気筒エンジンの場合は例えば圧縮TDCから40°〜120°程度の範囲が適当で、6気筒エンジンの場合は例えば圧縮TDCから40°〜80°程度の範囲が適当で、8気筒エンジンの場合は例えば圧縮TDCから30°〜60°程度の範囲が適当である。なお、他の発明の実施に際しては、例えばクランク軸がポンピングエネルギーの山の上で停止した場合、すなわちクランク角度が圧縮TDCの±10°程度の範囲内の場合に、クラッチの接続処理が実施されるようにしても良い。
第8発明では、クラッチを遮断して直噴エンジンを停止させる際に吸入空気量調整弁を開き制御するが、これは吸入行程で空気が十分に吸入されて圧縮行程で圧縮されることにより、エンジン停止後も暫くの間ポンピング作用が適切に得られるようにするためのもので、吸入空気量調整弁を閉じたままでも吸入空気に基づいてある程度のポンピング作用が得られるため、他の発明の実施に際しては、このような吸入空気量調整弁の開き制御は必ずしも必要ない。吸入空気量調整弁は、例えばエンジン回転速度が最初に0になるまでなど、クランク軸が略停止するまで開き制御することが望ましく、また、全開まで開き制御することが望ましいが、これ等の開き時間や開き量は適宜定められる。吸入空気量調整弁としては、電子スロットル弁やISCバルブ(アイドル回転速度制御バルブ)などが好適に用いられる。
以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1は、本発明が好適に適用されるハイブリッド車両10の駆動系統の骨子図を含む概略構成図である。このハイブリッド車両10は、気筒内に燃料を直接噴射する直噴エンジン12と、電動モータおよび発電機として機能するモータジェネレータMGとを走行用の駆動力源として備えている。そして、それ等の直噴エンジン12およびモータジェネレータMGの出力は、流体式伝動装置であるトルクコンバータ14からタービン軸16、C1クラッチ18を経て自動変速機20に伝達され、更に出力軸22、差動歯車装置24を介して左右の駆動輪26に伝達される。トルクコンバータ14は、ポンプ翼車とタービン翼車とを直結するロックアップクラッチ(L/Uクラッチ)30を備えているとともに、ポンプ翼車にはオイルポンプ32が一体的に接続されており、直噴エンジン12やモータジェネレータMGによって機械的に回転駆動されるようになっている。モータジェネレータMGは回転機に相当する。
上記直噴エンジン12は、本実施例では8気筒の4サイクルのガソリンエンジンが用いられており、図2に具体的に示すように、燃料噴射装置46により気筒(シリンダ)100内にガソリン(高圧微粒子)が直接噴射されるようになっている。この直噴エンジン12は、吸気通路102から吸気弁104を介して気筒100内に空気が流入するとともに、排気弁108を介して排気通路106から排気ガスが排出されるようになっており、所定のタイミングで点火装置47によって点火されることにより気筒100内の混合気が爆発燃焼してピストン110が下方へ押し下げられる。吸気通路102は、サージタンク103を介して吸入空気量調整弁である電子スロットル弁45に接続されており、その電子スロットル弁45の開度(スロットル弁開度)に応じて吸気通路102から気筒100内に流入する吸入空気量、すなわちエンジン出力が制御される。上記ピストン110は、気筒100内に軸方向の摺動可能に嵌合されているとともに、コネクチングロッド112を介してクランク軸114のクランクピン116に相対回転可能に連結されており、ピストン110の直線往復移動に伴ってクランク軸114が矢印Rで示すように回転駆動される。クランク軸114は、ジャーナル部118において軸受により回転可能に支持されるようになっており、ジャーナル部118とクランクピン116とを接続するクランクアーム120を一体に備えている。
そして、このような直噴エンジン12は、クランク軸114の2回転(720°)で、吸入行程、圧縮行程、膨張(爆発)行程、排気行程の4行程が行われ、これが繰り返されることでクランク軸114が連続回転させられる。8つの気筒100のピストン110は、それぞれクランク角度が90°ずつずれるように構成されており、言い換えればクランク軸114のクランクピン116の位置が90°ずつずれた方向に突き出しており、クランク軸114が90°回転する毎に8つの気筒100が順番に爆発燃焼させられて連続的に回転トルクが発生させられる。また、ピストン110が圧縮行程の後のTDC(上死点)に達する圧縮TDCからクランク軸114が所定角度回転し、吸気弁104および排気弁108が共に閉じている膨張行程の所定の角度範囲θ内で停止している時に、燃料噴射装置46によって気筒100内にガソリンを噴射するとともに点火装置47によって点火することにより、気筒100内の混合気を爆発燃焼させて始動する着火始動が可能である。直噴エンジン12の各部のフリクション(摩擦)が小さい場合には、着火始動のみで直噴エンジン12を始動できるが、フリクションが大きい場合でも、クランク軸114をクランキングして始動する際の始動アシストトルクを低減できるため、そのアシストトルクを発生する前記モータジェネレータMGの最大トルクが低減されて小型化や低燃費化を図ることができる。上記角度範囲θは、例えば30°〜60°程度の範囲内が適当で、着火始動により比較的大きな回転エネルギーが得られ、アシストトルクを低減できる。
図1に戻って、上記直噴エンジン12とモータジェネレータMGとの間には、ダンパ38を介してそれ等を直結するK0クラッチ34が設けられている。このK0クラッチ34は、油圧シリンダによって摩擦係合させられる単板式或いは多板式の摩擦クラッチで、油圧制御装置28によって係合解放制御されるとともに、本実施例ではトルクコンバータ14の油室40内に油浴状態で配設されている。K0クラッチ34は油圧式摩擦係合装置で、直噴エンジン12を動力伝達経路に対して接続したり遮断したりする断接装置として機能する。モータジェネレータMGは、インバータ42を介してバッテリー44に接続されている。また、前記自動変速機20は、複数の油圧式摩擦係合装置(クラッチやブレーキ)の係合解放状態によって変速比が異なる複数のギヤ段が成立させられる遊星歯車式等の有段の自動変速機で、油圧制御装置28に設けられた電磁式の油圧制御弁や切換弁等によって変速制御が行われる。C1クラッチ18は自動変速機20の入力クラッチとして機能するもので、同じく油圧制御装置28によって係合解放制御される。
このようなハイブリッド車両10は電子制御装置70によって制御される。電子制御装置70は、CPU、ROM、RAM、及び入出力インターフェースなどを有する所謂マイクロコンピュータを含んで構成されており、RAMの一時記憶機能を利用しつつROMに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行う。電子制御装置70には、アクセル操作量センサ48からアクセルペダルの操作量(アクセル操作量)Accを表す信号が供給される。また、エンジン回転速度センサ50、MG回転速度センサ52、タービン回転速度センサ54、車速センサ56、クランク角度センサ58から、それぞれ直噴エンジン12の回転速度(エンジン回転速度)NE、モータジェネレータMGの回転速度(MG回転速度)NMG、タービン軸16の回転速度(タービン回転速度)NT、出力軸22の回転速度(出力軸回転速度で車速Vに対応)NOUT、8つの気筒100毎のTDC(上死点)からの回転角度(クランク角度)Φ、に関する信号が供給される。この他、各種の制御に必要な種々の情報が供給されるようになっている。上記アクセル操作量Accは出力要求量に相当する。
上記電子制御装置70は、機能的にハイブリッド制御手段72、変速制御手段74、およびエンジン停止制御手段80を備えている。ハイブリッド制御手段72は、直噴エンジン12およびモータジェネレータMGの作動を制御することにより、例えば直噴エンジン12のみを駆動力源として走行するエンジン走行モードや、モータジェネレータMGのみを駆動力源として走行するモータ走行モード、それ等の両方を用いて走行するエンジン+モータ走行モード等の予め定められた複数の走行モードを、アクセル操作量Accや車速V等の運転状態に応じて切り換えて走行する。変速制御手段74は、油圧制御装置28に設けられた電磁式の油圧制御弁や切換弁等を制御して複数の油圧式摩擦係合装置の係合解放状態を切り換えることにより、自動変速機20の複数のギヤ段を、アクセル操作量Accや車速V等の運転状態をパラメータとして予め定められた変速マップに従って切り換える。
エンジン停止制御手段80は、エンジン+モータ走行モードからモータ走行モードへの切換時や、エンジン+モータ走行モード或いはエンジン走行モード中の惰性走行時、減速時、停車時等に直噴エンジン12を停止させる際の制御を行うもので、エンジン停止手段82、スロットル開き手段84、クランク角度判定手段86、クラッチ係合手段88、および駆動トルク補償手段90を機能的に備えており、図3および図4のフローチャートに従って信号処理を実行する。図4は、図3のステップS9の停止位置補正制御を具体的に説明するフローチャートである。図3のステップS3およびS4はエンジン停止手段82に相当し、ステップS5、S6、およびS7はスロットル開き手段84に相当し、ステップS8および図4のステップR6はクランク角度判定手段86に相当する。また、図4のステップR1、R3、およびR4はクラッチ係合手段88に相当し、ステップR2およびR5は駆動トルク補償手段90に相当する。上記スロットル開き手段84は、吸入空気量調整弁を開き制御する弁開き制御手段として機能し、クラッチ係合手段88は、K0クラッチ34を一時的に接続する接続制御手段として機能する。
図3のステップS1では、着火始動基本条件が成立するか否かを判断する。着火始動基本条件は、直噴エンジン12をON(運転)、OFF(停止)する間欠運転の実行条件や、エンジン冷却水温が所定温度以上であることなどで、それ等を総て満足するか否かを判断する。この着火始動基本条件を満足する場合はステップS2を実行し、エンジン停止条件が成立するか否かを判断する。エンジン停止条件は、エンジン+モータ走行モードからモータ走行モードへの切換時や、エンジン走行モード中の減速時などで、エンジン停止条件を満足する場合はステップS3以下のエンジン停止制御を実行する。
図5のタイムチャートの時間t1は、ステップS2の判断がYES(肯定)になってエンジン停止制御が開始された時間である。図5は、エンジン+モータ走行モードでの走行中にアクセルOFFの惰性走行になってエンジン停止制御が行われた場合の各部の作動状態の変化を示す図で、スロットル弁開度は直噴エンジン12の電子スロットル弁45の開度であり、惰性走行中である時間t1では0(全閉)である。サージタンク圧は、吸気通路102の上流に設けられたサージタンク103内の圧力で、サージタンク103は電子スロットル弁45を介して大気に連通させられるため、電子スロットル弁45が全閉である時間t1では、直噴エンジン12の回転に伴う空気の吸入作用で大気圧よりも減圧されている。クランク角度Φは、圧縮TDCを0°として、その圧縮TDCから90°までのクランク角度Φの変化を示す図で、90°間隔で圧縮TDCに到達する複数の気筒100のクランク角度Φを連続的に示した図である。K0クラッチ圧はK0クラッチ34の係合油圧で、エンジン+モータ走行モードでの走行中である時間t1では最大圧(ライン圧)とされ、K0クラッチ34は完全係合させられている。このK0クラッチ圧は、K0クラッチ34の係合トルク、すなわち直噴エンジン12を動力伝達経路に接続する接続トルクに対応する。
図3のステップS3では、K0クラッチ34の遮断処理を実行して直噴エンジン12を動力伝達経路から切り離す。K0クラッチ34の遮断処理は、例えばK0クラッチ圧を徐々に低下させて0にする。ステップS4では、直噴エンジン12の停止処理を実行する。この停止処理では、燃料噴射装置46からの燃料噴射を停止(フューエルカット)するとともに、点火装置47の点火制御を停止する。これにより、ステップS3で直噴エンジン12が動力伝達経路から切り離されることと相まって、エンジン回転速度NEが徐々に低下する。ステップS3によるK0クラッチ34の遮断処理およびステップS4によるフューエルカット等は、フューエルカットが後でも良いが、略同時に並行して行うこともできるし、フューエルカットが先であっても良い。アクセルOFF等により既にフューエルカットされている場合は、そのフューエルカットを継続すれば良い。次のステップS5では、電子スロットル弁45を所定量だけ開き制御する。この電子スロットル弁45の開き制御により、サージタンク103が大気と連通させられ、サージタンク圧が徐々に大気圧付近まで上昇する。これにより、直噴エンジン12が慣性により回転している間は、各気筒100内に吸入行程で十分な空気が流入する。
ステップS6では、直噴エンジン12の回転が略停止したか否か、具体的にはエンジン回転速度NEが例えば100rpm程度以下になったか否かを判断し、直噴エンジン12の回転が略停止したらステップS7で電子スロットル弁45を閉じ制御する。図5の時間t2は、直噴エンジン12の停止判定が為された時間、すなわちステップS6の判断がYESになった時間である。ステップS7の電子スロットル弁45の閉じ制御は、直ちに行っても良いが、直噴エンジン12の回転が完全に停止した後で閉じ制御されるように、一定のディレイ時間後に実施される。直噴エンジン12の回転が完全に停止したことを確認して電子スロットル弁45を閉じ制御するようにしても良い。
ステップS8では、直噴エンジン12の回転が停止した時の停止クランク角度Φstopが予め定められた目標停止範囲Φtargetの範囲内か否かを判断し、目標停止範囲Φtargetの範囲内であれば一連のエンジン停止制御をそのまま終了するが、目標停止範囲Φtarget外の場合にはステップS9の停止位置補正制御を実行する。この時の停止クランク角度Φstopは、例えば圧縮TDC≦Φstop≦圧縮TDC+90°の範囲内の気筒100について判定する。停止クランク角度Φstopは、直噴エンジン12の回転が完全に停止した後のクランク角度Φでも良いが、本実施例ではクランク軸114の揺り返し点、すなわち最初にエンジン回転速度NEが0になった時のクランク角度Φに基づいて、図6に示すような予め定められたマップから揺り返し量rcrnkを求め、その揺り返し量rcrnkだけ減算した推定停止クランク角度Φest を用いて判断する。これにより、直噴エンジン12の回転が停止した時の停止クランク角度Φstop(厳密には推定停止クランク角度Φest )が目標停止範囲Φtargetから逸脱しているか否かを速やかに判断し、ステップS9の停止位置補正制御を速やかに実行することができる。ステップS9の停止位置補正制御は、気筒100内の空気の圧縮によるポンピング作用(空気ばね)を利用してクランク角度Φを調整するものであり、ピストン110のシールリング等から気筒100内の空気が漏れて圧力が低下すると所期のポンピング作用が得られなくなるため、そのポンピング作用が得られる時間内にできるだけ早く停止位置補正制御が行われるようになっているのである。
また、目標停止範囲Φtargetは、適切に着火始動できるクランク角度Φの範囲で、ポンピングエネルギーの極小領域と重なる範囲であり、直噴エンジン12として8気筒エンジンが搭載されている本実施例では、図8の(e) に示すポンピングエネルギーおよび始動アシストトルクの特性から例えば圧縮TDCから30°〜60°の範囲が定められる。図5のタイムチャートは、時間t2における停止クランク角度Φstopが略0°で、目標停止範囲Φtargetから逸脱している場合である。揺り返し点が略0°(圧縮TDC)の揺り返し量rcrnkは略0°で、停止クランク角度Φstop≒推定停止クランク角度Φest ≒0°(圧縮TDC)である。
上記目標停止範囲Φtargetは気筒数によって相違し、2気筒エンジンおよび3気筒エンジンの場合は、図8の(a) 、(b) に示す特性から、例えば圧縮TDCから40°〜100°程度の範囲が適当である。また、4気筒エンジンの場合は、図8の(c) に示す特性から例えば圧縮TDCから40°〜120°程度の範囲が適当で、6気筒エンジンの場合は、図8の(d) に示す特性から例えば圧縮TDCから40°〜80°程度の範囲が適当である。但し、4気筒以上の多気筒エンジンの場合、ポンピングエネルギーの山頂以外であればポンピング作用(空気ばね)により谷部分で自動的に停止し、その谷部分であれば始動アシストトルクをある程度小さくできるため、その谷部分での停止を総て含むように目標停止範囲Φtargetを大き目に設定しても良い。
ここで、上記ポンピングエネルギーは、気筒100内に吸入された空気が圧縮行程で圧縮されることによって生じる空気ばねの作用による位置エネルギーで、8気筒エンジンの場合、図7に示すように膨張行程に位置する0TDCで示すクランク位置の0番目の気筒100の他、90°遅れた1TDCで示すクランク位置の1番目の気筒100、および更に90°遅れた2TDCで示すクランク位置の2番目の気筒100における空気の圧縮や膨張を考慮して、0番目の気筒100のクランク角度Φが0°(圧縮TDC)から90°までのポンピングエネルギーを、前記電子スロットル弁45が開き制御されて各気筒100内に大気圧により十分な空気が流入することを前提として計算によって求めた結果である。2気筒エンジン、3気筒エンジン、4気筒エンジン、および6気筒エンジンについても、8気筒エンジンと同様に計算によって求めたが、6気筒エンジンでは、各気筒100のクランク角度Φが120°ずつずれるため、図7に示すように1TDCおよび2TDCで示すクランク位置の1番目の気筒100および2番目の気筒100についても圧縮行程に関与し、8気筒エンジンと同様に0番目〜2番目の3つの気筒100内の空気の圧縮や膨張を考慮して計算した。4気筒エンジンでは、各気筒のクランク角度Φが180°ずつずれるため、図7に示すように1TDCで示すクランク位置の1番目の気筒100については圧縮行程に関与するが、2番目以降の気筒100については圧縮行程に関与しないため、0番目および1番目の2つの気筒100内の空気の圧縮や膨張を考慮して計算した。3気筒エンジンでは、各気筒のクランク角度Φが240°ずつずれるため、図7に示すように1TDCで示すクランク位置の1番目の気筒100については圧縮行程に関与するが、2番目以降の気筒100については圧縮行程に関与しないため、4気筒エンジンと同様に0番目および1番目の2つの気筒100内の空気の圧縮や膨張を考慮して計算した。2気筒エンジンでは、一対の気筒のクランク角度Φが360°ずれて同じ位置になるため、図7に示すように0TDCで示すクランク位置の0番目の気筒100内の圧力のみがポンピングエネルギーに関与し、その0番目の1つの気筒100内の空気の圧縮や膨張を考慮して計算した。なお、図7において、0TDCは、クランク角度Φが0°(圧縮TDC)か0°を超えている気筒100に関するクランク位置で、その気筒100に続く各気筒100のクランク位置を順番に1TDC、2TDC、3TDC、・・・で示した。3気筒エンジンの欄に示す破線は、1回転(360°)以上遅れた気筒100のクランク位置を表している。また、「EVO」は排気弁108の開き位置、「IVC」は吸気弁104の閉じ位置である。
図8の始動アシストトルクは、直噴エンジン12を着火始動で始動する際に必要なアシストトルクである。直噴エンジン12の機関エネルギーは、次式(1) に示すように、着火始動によって得られる膨張エネルギーから、後続の気筒100の圧縮による圧縮エネルギーや、熱、排気等の内部エネルギー、および各部のフリクションを差し引いたものとなり、この機関エネルギーが正であればアシストトルクは不要で、機関エネルギーがマイナスの場合、そのマイナス分が直噴エンジン12の始動に必要な始動アシストトルクとなる。この場合、0番目の気筒100が膨張行程を通過するまでに圧縮行程に入る気筒100までが圧縮TDCに到達すれば、安定した作動状態になると考えられるため、8気筒エンジンおよび6気筒エンジンについては2番目の気筒100が圧縮TDCに到達するまでのエネルギーを積分により求めて始動アシストトルクを算出した。4気筒エンジンおよび3気筒エンジンについては、1番目の気筒100が圧縮TDCに到達するまでのエネルギーを積分により求めて始動アシストトルクを算出した。また、2気筒エンジンについては、0番目の気筒100が膨張行程を通過するまでに圧縮行程に入る気筒100は存在しないが、安定した作動状態を確認するためには少なくとも次の気筒100、すなわち1番目の気筒100が圧縮TDCに到達する必要があるため、その1番目の気筒100が圧縮TDCに到達するまでのエネルギーを積分により求めて始動アシストトルクを算出した。なお、(1) 式の圧縮エネルギーは前記ポンピングエネルギーに対応する。
機関エネルギー=膨張エネルギー−圧縮エネルギー−内部エネルギー
−フリクション ・・・(1)
上記ポンピングエネルギーおよび始動アシストトルクは、例えば総ての気筒100内の空気の圧縮、膨張、排出等を考慮するなどして更にきめ細かく求めることもできるし、具体的な数値は直噴エンジン12の各部の諸元や、吸気弁104、排気弁108の開閉タイミング等によって変化するが、概略の傾向は図8のようになるものと考えられる。したがって、本実施例の8気筒エンジンや4気筒エンジン、6気筒エンジンについては、エンジン停止時の停止クランク角度Φstopは、通常はポンピングエネルギーの極小領域に入り、前記目標停止範囲Φtargetの範囲内に入るが、一部(例えば10%程度)は圧縮TDCであるクランク角度Φが0°付近のポンピングエネルギーの頂点付近で回転方向の釣り合いおよびフリクションによってクランク軸114が停止する。前記ステップS9の停止位置補正制御は、このように圧縮TDC付近で停止したクランク軸114を、そのポンピングエネルギーの頂点付近から極小領域まで回転させるためのものである。
2気筒エンジンおよび3気筒エンジンについても、エンジン停止時の停止クランク角度Φstopは、通常はポンピングエネルギーの極小領域に入り、一部(例えば10%程度)は圧縮TDCであるクランク角度Φが0°付近のポンピングエネルギーの頂点付近で回転方向の釣り合いおよびフリクションによってクランク軸114が停止する。したがって、前記ステップS9の停止位置補正制御により、このように圧縮TDC付近で停止したクランク軸114を、そのポンピングエネルギーの頂点付近から極小領域まで回転させれば、前記目標停止範囲Φtargetの範囲内にクランク角度Φが入るようにすることができる。但し、図8の(a) 、(b) から明らかなように、ポンピングエネルギーの極小領域は膨張行程(0°〜120°程度)よりも大きく、適切に着火始動できる始動アシストトルクが低い目標停止範囲Φtargetを超えているため、目標停止範囲Φtargetを通過しないように、ステップS9の停止位置補正制御を行う必要がある。なお、最初の停止位置すなわち停止クランク角度Φstopが、ポンピングエネルギーの極小領域であっても目標停止範囲Φtargetを通過している場合は、その目標停止範囲Φtargetまで戻すことができない。このため、その場合は、例えば図10のステップR7−2のように、直噴エンジン12を始動する際のアシストトルクを標準値よりも増大させるなどして、直噴エンジン12を確実に始動できるようにすれば良い。
前記図7は、各気筒の直噴エンジン12において、着火始動ができないクランク軸114の停止位置(停止クランク角度Φstop)、および着火始動が可能なクランク軸114の停止位置(停止クランク角度Φstop)を、図8の特性に基づいて例示したものである。8気筒エンジンの場合、複数の気筒100のクランク角度Φが90°ずつずれているため、0°(圧縮TDC)<Φstop<EVOの着火始動が可能な範囲に少なくとも一つの気筒100のクランク軸114が入り、クランク軸114の停止位置に拘らず着火始動が可能である。6気筒エンジンの場合は、複数の気筒100のクランク角度Φが120°ずつずれているため、着火不可停止位置例に示すように0TDCの気筒100の停止クランク角度Φstopが0°すなわち圧縮TDCの場合、0°(圧縮TDC)<Φstop<EVOの着火始動可能な気筒100が存在せず、着火始動が不可能であるが、それ以外は着火始動が可能である。4気筒エンジン、3気筒エンジン、および2気筒エンジンの場合、何れも着火不可停止位置例に示すように、0°(圧縮TDC)<Φstop<EVOの着火始動可能な気筒100が存在しない角度領域があり、何れかの気筒100の停止クランク角度Φstopが0°(圧縮TDC)<Φstop<EVOを満たす場合に着火始動が可能となる。
図3のステップS9の停止位置補正制御は、図4のフローチャートに従って実行される。図4のステップR1では、前記ステップS3で遮断(解放)されたK0クラッチ34の係合油圧を直噴エンジン12のフリクションより予め定められた余裕値αだけ大きい係合トルクが得られる油圧まで徐々に上昇させる。図5の時間t3は、ステップR1のクラッチ係合制御が開始された時間で、K0クラッチ圧が徐々に上昇させられ、時間t4でフリクション+αの係合トルクに達する。このようにK0クラッチ34の係合トルクがフリクション+αに達すると、直噴エンジン12のクランク軸114がフリクションに抗して回転させられる。余裕値αは、次の気筒100の圧縮抵抗等を考慮して予め一定値が定められても良いが、車速V等をパラメータとして異なる値が定められても良い。また、フリクションの個体差や経時変化などを考慮し、クランク軸114の回転状態(回転速度や回転開始油圧など)に基づいて学習補正することも可能である。
次のステップR2では、K0クラッチ34の係合によるクランク軸114の回転に伴う回転抵抗で駆動トルクが変動することを防止するため、モータジェネレータMGのトルク(MGトルク)TMGを、K0クラッチ34の係合トルクに対応して増大させる。但し、前記自動変速機20が高ギヤ段の場合など、MGトルクTMGの増大幅が所定の許容値以下で、車両ショックが殆ど生じない場合は、MGトルクTMGを増大させることなく車両の慣性エネルギーでクランク軸114を回転させても良く、その場合はバッテリー44の消費が低減されて燃費が向上する。
ステップR3では、クランク軸114のクランク角度Φが前記目標停止範囲Φtargetの範囲内に入ったか否かを判断し、目標停止範囲Φtargetの範囲内に入ったらステップR4以下を実行する。図5の時間t5は、クランク角度Φが目標停止範囲Φtargetの範囲内に入ってステップR3の判断がYESになった時間であり、目標停止範囲Φtargetの下限値は制御停止位置に相当する。ステップR4では、K0クラッチ圧を直ちに0としてK0クラッチ34を速やかに遮断(解放)するとともに、ステップR5で、K0クラッチ34の遮断に合わせてモータジェネレータMGによる駆動トルク補償制御(MGトルクTMGの増大制御)を終了する。また、ステップR6では、前記ステップS8と同様にして直噴エンジン12の回転が停止した時の停止クランク角度Φstopが予め定められた目標停止範囲Φtargetの範囲内か否かを判断し、目標停止範囲Φtargetの範囲内であれば一連の停止位置補正制御を終了するが、目標停止範囲Φtarget外の場合にはステップR7を実行する。この時の停止クランク角度Φstopも、直噴エンジン12の回転が完全に停止した後のクランク角度Φであっても良いが、本実施例ではクランク軸114の揺り返し点に基づいて、図6に示すような予め定められたマップから揺り返し量rcrnkを求め、その揺り返し量rcrnkだけ減算した推定停止クランク角度Φest を用いて判断する。図5は、揺り返しによってクランク軸114が目標停止範囲Φtargetの範囲内で停止した場合であり、この場合にはステップR6の判断がYESになって一連の停止位置補正制御を終了する。
なお、2気筒エンジンや3気筒エンジンでは、揺り返しでクランク軸114が目標停止範囲Φtargetの範囲内まで戻る可能性は低いため、目標停止範囲Φtargetを通過しないように、例えば目標停止範囲Φtargetよりも手前すなわち圧縮TDC側に制御停止位置を設定し、クランク角度Φがその制御停止位置に達したらステップR4以下を実行してK0クラッチ34の係合制御を終了するように構成される。本実施例の8気筒の直噴エンジン12を含む4気筒以上のエンジンの場合も、目標停止範囲Φtargetを通過しないように目標停止範囲Φtargetよりも手前に制御停止位置を設定し、クランク角度Φがその制御停止位置に達したらK0クラッチ34の係合制御を終了するようにしても良い。
前記ステップR6の判断がNO(否定)の場合には、ステップR7で前記余裕値αを予め定められた徐減値βだけ小さくし、その後、前記ステップR1以下を繰り返す。ステップR6の判断がNOの場合は、クランク軸114が目標停止範囲Φtarget外で停止した場合で、具体的にはクランク角度Φがポンピングエネルギーの極小領域を通過し、次の山の山頂付近まで回転してそのまま停止してしまった場合であり、K0クラッチ34の係合制御によるクランク軸114の回転アシストが大き過ぎるため、余裕値αを小さくして再びステップR1以下を実行するのである。ステップR3およびR6では、90°遅れた次の気筒100のクランク角度Φに基づいて判定が行われ、ステップR6の判定がYESになったら一連の停止位置補正制御を終了する。但し、ピストン110のシールリング等から気筒100内の空気が漏れて圧力が低下すると所期のポンピング作用が得られなくなり、クランク角度Φの補正制御が適切に行われなくなるため、所定回数或いは所定時間実行してもステップR6の判定がNOの場合は、ステップR1以下の停止位置補正制御を中止し、例えば図9のステップR7−2のように、直噴エンジン12を始動する際のアシストトルクを標準値よりも増大させるなどして、直噴エンジン12を確実に始動できるようにすれば良い。
このように、本実施例のハイブリッド車両10のエンジン停止制御装置においては、車両走行中に直噴エンジン12を停止させる際に、停止クランク角度Φstop或いは推定停止クランク角度Φest が目標停止範囲Φtargetの範囲外の場合には、一旦遮断されたK0クラッチ34を一時的に摩擦係合させてクランク軸114を少しだけ回転させるため、圧縮TDC付近で停止したクランク軸114がポンピングエネルギーの谷の極小領域まで回転して停止させられる。すなわち、エンジン停止時または停止直後であれば、気筒100内の空気の圧縮によるポンピング作用が得られ、ポンピングエネルギーの山に位置する圧縮TDC付近からクランク軸114を所定角度だけ回転させれば、ポンピングエネルギーが低い極小領域で自動的に停止させられるのである。そして、このポンピングエネルギーが低いクランク角度Φは、エンジン始動時のクランキングのアシストトルクが比較的小さい着火始動に適したクランク角度Φの範囲、すなわち目標停止範囲Φtargetと重複しているため、次のエンジン始動時に着火始動を適切に行うことができ、エンジン始動時のアシストトルクを低減できる。
また、本実施例では、K0クラッチ34の摩擦係合処理すなわち図4の停止位置補正制御が、気筒100内の空気の圧縮によるポンピング作用が得られる時間内に行われるため、クランク軸114はポンピングエネルギーが低い極小領域で自動的に停止させられ、次のエンジン始動時に着火始動を適切に行うことができる。すなわち、気筒100内の空気はピストン110のシールリング等から漏れ出し、時間の経過と共にポンピング作用が低下するが、本実施例では直噴エンジン12の停止時にクランク軸114の回転が停止するまで電子スロットル弁45が開き制御されるため、気筒100内に十分な空気が吸入されて比較的長い時間ポンピング作用が適切に得られるとともに、直噴エンジン12の停止直後に停止位置補正制御を行うため、ポンピング作用によってクランク軸114が目標停止範囲Φtargetの範囲内で適切に停止させられるのである。
また、本実施例では、K0クラッチ34の摩擦係合処理すなわち図4の停止位置補正制御が、直噴エンジン12の複数の気筒100の少なくとも一つが膨張行程で、且つ着火始動に適した目標停止範囲Φtargetでクランク軸114が停止するように行われるため、次のエンジン始動時に着火始動を適切に行うことができる。すなわち、直噴エンジン12のフリクションに打ち勝ってクランク軸114を回転させることができる係合トルク(フリクション+α)を発生させるとともに、クランク角度Φが予め定められた制御停止位置(目標停止範囲Φtargetの下限値)を超えたら直ちにK0クラッチ34を遮断するため、圧縮TDC付近からクランク軸114を回転させるとともにポンピング作用と相まって着火始動に適した目標停止範囲Φtargetで停止させることができるのである。
また、本実施例では、エンジン停止時におけるクランク軸114の停止位置が予め定められた目標停止範囲Φtargetから逸脱している場合に図4の停止位置補正制御を実施するが、そのクランク軸114の停止位置をクランク軸114の揺り返し点に基づいて推定し、その推定停止クランク角度Φest を用いて目標停止範囲Φtargetから逸脱しているか否か判断するため、その判断を速やかに行うことが可能で、ポンピング作用が得られる時間内に図4の停止位置補正制御を適切に行うことができる。
また、本実施例では直噴エンジン12として8気筒の4サイクルのガソリンエンジンが用いられており、図8の(e) に示すように膨張行程の範囲内(0°〜120°程度)にポンピングエネルギーの谷となる極小領域が存在するため、図4の停止位置補正制御によりクランク軸114は揺り返し等によってそのポンピングエネルギーの極小領域で適切に停止させられ、着火始動により始動アシストトルクを適切に低減できる。4気筒以上の気筒数の直噴エンジンについては、膨張行程の範囲内(0°〜120°程度)にポンピングエネルギーの極小領域が存在するため、同様の作用効果が得られる。
また、本実施例ではK0クラッチ34を一時的に係合させてクランク軸114を回転させる際に、必要に応じてモータジェネレータMGのトルクTMGをK0クラッチ34の係合トルクに対応して増大させるため、クランク軸114の回転抵抗による駆動トルク変動等のショックを適切に抑制できる。
次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の実施例において前記実施例と実質的に共通する部分には同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
図9は、前記図4の代わりに用いられるフローチャートで、ステップR6で直噴エンジン12の回転が停止した時の停止クランク角度Φstop(推定停止クランク角度Φest を含む)が予め定められた目標停止範囲Φtargetの範囲内か否かを判断した後の処理が相違する。すなわち、停止クランク角度Φstopが目標停止範囲Φtargetの範囲内でステップR6の判断がYESの場合には、ステップR7−1で次のエンジン始動時のクランキングのアシストトルクとして標準値を用いる指示を出力するが、停止クランク角度Φstopが目標停止範囲Φtargetの範囲外でステップR6の判断がNOの場合には、ステップR7−2で次のエンジン始動時のクランキングのアシストトルクを標準値よりも大きくする増大指示を出力する。これ等の標準値の指示や増大指示は、前記ハイブリッド制御手段72が機能的に備えているエンジン始動手段等に出力され、これによりクランク軸114が目標停止範囲Φtargetの範囲内か否かに拘らず次のエンジン始動が常に適当な大きさのアシストトルクで適切に実施される。
上記標準値は、クランク軸114が目標停止範囲Φtargetの範囲内で停止している場合に着火始動を用いて適切に始動できる一定値が定められても良いが、図8から明らかなように始動アシストトルクはクランク角度Φによって異なるため、クランク軸114のクランク角度Φをパラメータとして定められても良い。増大指示によるアシストトルクについては、基本的に圧縮TDCにクランク軸114が位置していると考えられるため、予め定められた一定のアシストトルクが予め定められても良い。
図10は、更に別の実施例を説明する図で、図9の実施例に比較してK0クラッチ34の係合処理が相違する。すなわち、前記図4や図9の実施例ではステップR3でクランク角度Φが目標停止範囲Φtargetの範囲内に入ったか否かを判断し、目標停止範囲Φtargetの範囲内に入ったらステップR4以下を実行するが、図10ではステップR3の代わりにステップR3−1が設けられ、予め定められた所定時間が経過したか否かを判断し、所定時間が経過したらステップR4以下を実行してK0クラッチ34を遮断する。この所定時間は、クランク軸114が圧縮TDC付近で停止していることを前提として、クランク軸114をフリクション等に抗してポンピングエネルギーの極小領域まで回転させることができる一定時間がK0クラッチ圧等を考慮して予め定められる。したがって、本実施例においても圧縮TDC付近からクランク軸114を回転させるとともにポンピング作用と相まって目標停止範囲Φtargetの範囲内で停止させることが可能で、次のエンジン始動時に着火始動が適切に行われてアシストトルクが低減されるなど、前記実施例と同様の作用効果が得られる。
ここで、4気筒以上の直噴エンジン12では、ポンピングエネルギーの極小領域と目標停止範囲Φtargetとが略一致し、クランク軸114の回転の揺り返しで目標停止範囲Φtargetまで戻されるため、上記一定時間として、圧縮TDC付近からクランク軸114を確実に離脱させることができるように比較的長い時間を設定することができる。2気筒エンジンや3気筒エンジンの場合、ポンピングエネルギーの極小領域が目標停止範囲Φtargetを超えているため、揺り返しによってクランク軸114が目標停止範囲Φtargetまで戻る可能性は低く、目標停止範囲Φtargetを通過しないように比較的短い時間が設定される。クランク軸114が目標停止範囲Φtargetの範囲内で停止するように、上記一定時間を学習補正することもできる。また、図10のフローチャートでは、図9と同様に停止クランク角度Φstopが目標停止範囲Φtargetの範囲外の場合にステップR7−2でアシストトルクの増大指示が出力されるため、2気筒エンジンや3気筒エンジンでクランク角度Φが目標停止範囲Φtargetを通過した場合でも、次のエンジン始動を適当な大きさのアシストトルクで適切に実施することができる。
なお、前記図4の実施例において、ステップR3の代わりに図10のステップR3−1を実施するようにしても良い。
図11は、前記図3の代わりに用いられるフローチャートで、図3の実施例ではステップS8で直噴エンジン12の停止クランク角度Φstopが目標停止範囲Φtargetの範囲内か否かを判断し、目標停止範囲Φtargetの範囲外の場合にステップS9の停止位置補正制御を実行するが、図11の実施例ではステップS8の判断が省略され、ステップS7の電子スロットル弁45の閉じ制御に続いて常にステップS9の停止位置補正制御が実施されるようになっている。すなわち、エンジン停止時におけるクランク軸114の停止位置とは無関係に常にK0クラッチ34の摩擦係合でクランク軸114を回転させる停止位置補正制御が行われるのであり、制御を迅速に実行できるためポンピング作用が得られる時間内に停止位置補正制御を適切に行うことができるとともに、制御が簡単で装置が安価に構成される。その場合に、クランク軸114の停止位置が、直噴エンジン12を着火始動するのに適した目標停止範囲Φtargetの範囲内でも停止位置補正制御が実施され、K0クラッチ34の係合制御でクランク軸114が回転させられるが、4気筒以上の多気筒の直噴エンジン12の場合、ポンピング作用で目標停止範囲Φtargetの範囲内まで自動的に揺り返されるため問題ない。ステップS9の停止位置補正制御におけるK0クラッチ34の係合トルクは、ポンピングエネルギーの山に比較して十分に小さく、クランク軸114がその山に乗り上げるまで回転する恐れはないのである。
図12は、前記図3の代わりに用いられるフローチャートで、図3の実施例に比較してステップS8の代わりにステップS8−1が設けられている点が相違する。すなわち、ステップS8では直噴エンジン12の停止クランク角度Φstopが目標停止範囲Φtargetの範囲内か否かを判断し、目標停止範囲Φtargetの範囲外の場合にステップS9の停止位置補正制御を実行するが、図11のステップS8−1では、停止クランク角度Φstopが例えば圧縮TDC±10°程度の範囲内の圧縮TDC付近か否かを判断し、圧縮TDC付近の場合にステップS9の停止位置補正制御を実行する。つまり、エンジン停止時のクランク軸114が、ポンピングエネルギーの山である圧縮TDC付近で止まっている場合だけ停止位置補正制御を実施するのであり、その場合でも停止位置補正制御でK0クラッチ34が摩擦係合させられることにより、クランク軸114が圧縮TDC付近から回転させられるとともにポンピング作用と相まって目標停止範囲Φtargetの範囲内で停止させられ、次のエンジン始動時に着火始動が適切に行われてアシストトルクが低減されるなど、前記実施例と同様の作用効果が得られる。
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
10:ハイブリッド車両 12:直噴エンジン 34:K0クラッチ 45:電子スロットル弁(吸入空気量調整弁) 58:クランク角度センサ 70:電子制御装置 80:エンジン停止制御手段 82:エンジン停止手段 84:スロットル開き手段 86:クランク角度判定手段 88:クラッチ係合手段 100:気筒 114:クランク軸 MG:モータジェネレータ(回転機) Φ:クランク角度 Φtarget:目標停止範囲
かかる目的を達成するために、第1発明は、(a) 複数の気筒を有するとともに、その気筒内に燃料を直接噴射する直噴エンジンと、(b) その直噴エンジンを動力伝達経路に対して断接するクラッチと、(c) 少なくとも電動モータとして機能する回転機と、を有し、(d) 前記直噴エンジンおよび前記回転機を走行用の駆動力源として用いることができるとともに、その回転機によりアシストトルクを付与しつつピストンが膨張行程で停止している気筒内に燃料を噴射して点火することにより前記直噴エンジンを始動する着火始動が行われるハイブリッド車両において、(e) 走行中に前記クラッチを遮断して前記直噴エンジンを停止させる際に、そのエンジン停止時またはエンジン停止直後であって、前記気筒内の空気の圧縮によるポンピング作用が得られる時間内に、一旦遮断された前記クラッチを一時的に接続することにより、前記直噴エンジンの何れかの気筒のピストンが圧縮行程の後の上死点に達する圧縮TDC付近で生じるポンピングエネルギーの山からクランク軸を離脱させて、そのポンピングエネルギーが極小領域となるクランク角度でそのクランク軸を自動的に停止させることを特徴とする。
発明は、第1発明のハイブリッド車両のエンジン停止制御装置において、前記クラッチの接続処理は、前記着火始動に適した予め定められた目標停止範囲内で前記クランク軸が停止するように定められることを特徴とする。
発明は、第発明または第2発明のハイブリッド車両のエンジン停止制御装置において、前記クラッチの接続処理は、前記直噴エンジンのフリクションに打ち勝って前記クランク軸を回転させることができる接続トルクを発生させるとともに、クランク角度が予め定められた制御停止位置を超えたら直ちにそのクラッチを遮断することを特徴とする。
発明は、第発明または第2発明のハイブリッド車両のエンジン停止制御装置において、前記クラッチの接続処理は、前記直噴エンジンのフリクションに打ち勝って前記クランク軸を回転させることができる接続トルクを予め定められた一定時間だけ発生させることを特徴とする。
発明は、第2発明のハイブリッド車両のエンジン停止制御装置において、(a) 前記クラッチの接続処理は、前記エンジン停止時における前記クランク軸の停止位置が前記目標停止範囲から逸脱している場合に実施されるとともに、(b) 前記クランク軸の停止位置はそのクランク軸の揺り返し点に基づいて推定されることを特徴とする。
発明は、第発明〜第発明の何れかのハイブリッド車両のエンジン停止制御装置において、前記クラッチの接続処理は、前記エンジン停止時における前記クランク軸の停止位置とは無関係に実施されることを特徴とする。
発明は、第1発明〜第発明の何れかのハイブリッド車両のエンジン停止制御装置において、前記クラッチを遮断して前記直噴エンジンを停止させる際に吸入空気量調整弁を開き制御することを特徴とする。
発明は、第1発明〜第発明の何れかのハイブリッド車両のエンジン停止制御装置において、前記クラッチを一時的に接続する際に前記回転機の出力を増大させることを特徴とする。
また、上記クラッチの接続処理が、気筒内の空気の圧縮によるポンピング作用が得られる時間内に行われ、クランク軸はポンピングエネルギーが低いクランク角度で自動的に停止させられるため、次のエンジン始動時に着火始動を適切に行うことができる。すなわち、気筒内の空気の量は、エンジン停止時の吸入空気量調整弁(スロットル弁など)の開度によって異なり、吸入空気量調整弁を開いたまま直噴エンジンが停止させられた場合は、気筒内に十分な空気が吸入されているため、比較的長い時間ポンピング作用が得られるが、吸入空気量調整弁を閉じたまま直噴エンジンが停止させられた場合は、気筒内の吸入空気量が少なく、空気の漏れにより比較的短時間でポンピング作用が喪失するため、ポンピングエネルギーでクランク軸を所定のクランク角度で停止させるためには、短時間でクラッチの接続処理によりクランク軸を回転させる必要があるのである。
発明では、クラッチの接続処理(接続トルクや接続時間など)が着火始動に適した目標停止範囲内でクランク軸が停止するように定められるため、次のエンジン始動時に着火始動を適切に行うことができる。例えば、第発明のように直噴エンジンのフリクションに打ち勝ってクランク軸を回転させることができる接続トルクを発生させるとともに、クランク角度が予め定められた制御停止位置を超えたら直ちにそのクラッチを遮断することにより、圧縮TDC付近からクランク軸を回転させるとともに前記ポンピング作用と相まって目標停止範囲内で停止させることができる。また、第発明のように直噴エンジンのフリクションに打ち勝ってクランク軸を回転させることができる接続トルクを予め定められた一定時間だけ発生させることにより、圧縮TDC付近からクランク軸を回転させるとともに前記ポンピング作用と相まって目標停止範囲内で停止させることができる。
発明は、エンジン停止時におけるクランク軸の停止位置が予め定められた目標停止範囲から逸脱している場合にクラッチの接続処理を実施する場合で、そのクランク軸の停止位置がクランク軸の揺り返し点に基づいて推定されるため、クランク軸の停止位置が目標停止範囲から逸脱しているか否かを速やかに判断することが可能で、ポンピング作用が得られる時間内にクラッチの接続処理を適切に行うことができる。
発明は、エンジン停止時におけるクランク軸の停止位置とは無関係にクラッチの接続処理を実施する場合で、制御を迅速に実行できるためポンピング作用が得られる時間内にクラッチの接続処理を適切に行うことができるとともに、制御が簡単で装置が安価に構成される。その場合に、クランク軸の停止位置が目標停止範囲内であっても、クラッチの接続処理が実施されてクランク軸が回転させられるが、4気筒以上の気筒数の直噴エンジンにおいてはポンピング作用で揺り戻されることにより再び目標停止範囲内に停止させることができる。
発明では、クラッチを遮断して直噴エンジンを停止させる際に吸入空気量調整弁が開き制御されるため、気筒内に十分な空気が吸入されて比較的長い時間ポンピング作用が得られ、クラッチの接続処理でクランク軸をポンピングエネルギーが低いクランク角度で自動的に停止させることができる。
発明では、クラッチを一時的に接続する際に回転機の出力を増大させるため、クラッチの接続でクランク軸を回転させた時に駆動力変動等によるショックが発生することが抑制される。
発明、第発明では、直噴エンジンのフリクションに打ち勝ってクランク軸を回転させることができる接続トルクを発生させるが、この接続トルクは、直噴エンジンのフリクションよりも僅かに大きいトルクで、ポンピングエネルギーの山を乗り越えるような大きなものではなく、クラッチが遮断されることによりクランク軸は揺り返し等によってポンピングエネルギーの極小領域で自動的に停止する。2気筒エンジンや3気筒エンジンの場合、図8の(a) 、(b) に示すようにポンピングエネルギーの極小領域が膨張行程(0°〜120°程度)よりも大きく、適切に着火始動できるエンジン始動時のアシストトルク(始動アシストトルク)が低い目標停止範囲を超えているため、揺り返しによってクランク軸が目標停止範囲まで戻る可能性は低く、目標停止範囲を通過しないように、上記接続トルクを直噴エンジンのフリクションに打ち勝ってクランク軸を回転させることができる範囲で小さ目に設定することが望ましい。4気筒エンジンや6気筒エンジン、8気筒エンジン、或いはそれより気筒数が多い多気筒エンジンの場合、ポンピングエネルギーの極小領域が膨張行程(0°〜120°程度)の範囲内であるため、クランク軸が揺り返しによって極小領域まで戻されることにより目標停止範囲に入る可能性が高く、2気筒エンジンや3気筒エンジンに比べて大き目の接続トルクを設定できる。
発明でクラッチを遮断する制御停止位置は、クランク軸がポンピングエネルギーの山から離脱する例えばクランク角度が圧縮TDCから5°〜10°程度の位置であっても良いが、適切に着火始動を行うことができる目標停止範囲内に入った段階で遮断するようにしても良いし、その目標停止範囲の手前で遮断するようにしても良いなど、前記接続トルクの大きさや直噴エンジンのフリクション等を考慮して種々の態様が可能である。第発明では、前記接続トルクを一定時間だけ発生させるが、この一定時間は、少なくともクランク軸がポンピングエネルギーの山から離脱する例えばクランク角度が圧縮TDCから5°〜10°程度の位置まで回転させることができる時間で、上記目標停止範囲に入るまでの時間であっても良く、接続トルクの大きさや直噴エンジンのフリクション等を考慮して適宜定められる。これ等の制御停止位置および一定時間についても、2気筒エンジンや3気筒エンジンのように揺り返しによってクランク軸が目標停止範囲まで戻る可能性が低い場合は、クランク角度が目標停止範囲を通過しないように小さ目に設定することが望ましい。また、接続トルクや制御停止位置、一定時間は、クランク軸が目標停止範囲内で停止するように必要に応じて学習補正することが望ましい。
発明は、エンジン停止時におけるクランク軸の停止位置が予め定められた目標停止範囲から逸脱している場合にクラッチの接続処理が実施される場合で、クランク軸の停止位置が揺り返し点に基づいて推定されるため、クランク軸の停止位置が目標停止範囲から逸脱しているか否かを速やかに判断できるが、他の発明の実施に際しては、実際にエンジン回転が完全に停止した時のクランク軸の停止位置に基づいて目標停止範囲から逸脱しているか否かを判断するようにしても良い。目標停止範囲は、適切に着火始動できるクランク角度の範囲であるが、ポンピングエネルギーの極小領域と重なる範囲が望ましく、図8から明らかなように、2気筒エンジンおよび3気筒エンジンの場合は例えば圧縮TDCから40°〜100°程度の範囲が適当である。4気筒エンジンの場合は例えば圧縮TDCから40°〜120°程度の範囲が適当で、6気筒エンジンの場合は例えば圧縮TDCから40°〜80°程度の範囲が適当で、8気筒エンジンの場合は例えば圧縮TDCから30°〜60°程度の範囲が適当である。なお、他の発明の実施に際しては、例えばクランク軸がポンピングエネルギーの山の上で停止した場合、すなわちクランク角度が圧縮TDCの±10°程度の範囲内の場合に、クラッチの接続処理が実施されるようにしても良い。
発明では、クラッチを遮断して直噴エンジンを停止させる際に吸入空気量調整弁を開き制御するが、これは吸入行程で空気が十分に吸入されて圧縮行程で圧縮されることにより、エンジン停止後も暫くの間ポンピング作用が適切に得られるようにするためのもので、吸入空気量調整弁を閉じたままでも吸入空気に基づいてある程度のポンピング作用が得られるため、他の発明の実施に際しては、このような吸入空気量調整弁の開き制御は必ずしも必要ない。吸入空気量調整弁は、例えばエンジン回転速度が最初に0になるまでなど、クランク軸が略停止するまで開き制御することが望ましく、また、全開まで開き制御することが望ましいが、これ等の開き時間や開き量は適宜定められる。吸入空気量調整弁としては、電子スロットル弁やISCバルブ(アイドル回転速度制御バルブ)などが好適に用いられる。

Claims (9)

  1. 気筒内に燃料を直接噴射する直噴エンジンと、
    該直噴エンジンを動力伝達経路に対して断接するクラッチと、
    少なくとも電動モータとして機能する回転機と、
    を有し、前記直噴エンジンおよび前記回転機を走行用の駆動力源として用いることができるハイブリッド車両において、
    走行中に前記クラッチを遮断して前記直噴エンジンを停止させる際に、該エンジン停止時または該エンジン停止直後に、一旦遮断された前記クラッチを一時的に接続する
    ことを特徴とするハイブリッド車両のエンジン停止制御装置。
  2. 前記クラッチの接続処理は、気筒内の空気の圧縮によるポンピング作用が得られる時間内に行われ、前記クランク軸はポンピングエネルギーが低いクランク角度で自動的に停止させられる
    ことを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド車両のエンジン停止制御装置。
  3. 前記クラッチの接続処理は、前記直噴エンジンの複数の気筒の少なくとも一つが膨張行程で、且つ該気筒内に燃料を噴射して点火することにより該直噴エンジンを始動する着火始動に適した予め定められた目標停止範囲内で前記クランク軸が停止するように定められる
    ことを特徴とする請求項1または2に記載のハイブリッド車両のエンジン停止制御装置。
  4. 前記クラッチの接続処理は、前記直噴エンジンのフリクションに打ち勝って前記クランク軸を回転させることができる接続トルクを発生させるとともに、クランク角度が予め定められた制御停止位置を超えたら直ちに該クラッチを遮断する
    ことを特徴とする請求項3に記載のハイブリッド車両のエンジン停止制御装置。
  5. 前記クラッチの接続処理は、前記直噴エンジンのフリクションに打ち勝って前記クランク軸を回転させることができる接続トルクを予め定められた一定時間だけ発生させる
    ことを特徴とする請求項3に記載のハイブリッド車両のエンジン停止制御装置。
  6. 前記クラッチの接続処理は、前記エンジン停止時における前記クランク軸の停止位置が前記目標停止範囲から逸脱している場合に実施されるとともに、
    前記クランク軸の停止位置は該クランク軸の揺り返し点に基づいて推定される
    ことを特徴とする請求項3〜5の何れか1項に記載のハイブリッド車両のエンジン停止制御装置。
  7. 前記クラッチの接続処理は、前記エンジン停止時における前記クランク軸の停止位置とは無関係に実施される
    ことを特徴とする請求項3〜5の何れか1項に記載のハイブリッド車両のエンジン停止制御装置。
  8. 前記クラッチを遮断して前記直噴エンジンを停止させる際に吸入空気量調整弁を開き制御する
    ことを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載のハイブリッド車両のエンジン停止制御装置。
  9. 前記クラッチを一時的に接続する際に前記回転機の出力を増大させる
    ことを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載のハイブリッド車両のエンジン停止制御装置。
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