JPWO2014054677A1 - エンジン自動停止機能付き車両の制御装置 - Google Patents

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Abstract

本発明のエンジン自動停止機能付き車両の制御装置では、エンジンが非作動状態で、シフトレバーがパーキングレンジに操作された場合、エンジンを始動してバルブタイミング変更手段に作動油を供給して所定の進角位置に変更してロックし、その後、エンジンを停止することとした。

Description

本発明は、動力源としてエンジンを備え、該エンジンにバルブタイミングを変更可能なバルブタイミング変更機構を備えたエンジン自動停止機能付き車両の制御装置に関する。
エンジンのバルブタイミング制御装置として、特許文献１に記載の技術が開示されている。この公報には、エンジンの駆動力により作動するオイルポンプを油圧源として作動するバルブタイミング変更機構を備え、イグニッションスイッチがオフとされた時は、バルブタイミングを所定の進角位置（最遅角位置と最進角位置の略中間位置であり、若干進角位置寄り）に移動させてロックするために、所定時間エンジン停止を遅延してバルブタイミング変更機構を作動させるものである。
特開２０１１−１７９４１８号公報
しかしながら、イグニッションスイッチのオフ時に所定の進角位置に移動させる際、進角位置までの移動量が大きいと、エンジン停止を遅延させる所定時間が長くなるおそれがある。このことは、イグニッションスイッチをオフにしたにも関わらずエンジン点火状態が継続することを意味し、運転者にとって違和感となる。また、エンジン自動停止機能付き車両（例えば、ハイブリッド車両やアイドリングストップ機能付き車両）のようにイグニッションスイッチがオンの状態でエンジンを停止している場合には、イグニッションスイッチをオフしたとしてもエンジンが停止しているためバルブタイミング変更機構を作動させることができない。
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、運転者に上記違和感を抑制しバルブタイミング機構を所定位置に移動可能なエンジン自動停止機能付き車両の制御装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明のエンジン自動停止機能付き車両の制御装置では、エンジンが非作動状態で、シフトレバーがパーキングレンジに操作された場合、エンジンを始動してバルブタイミング変更手段に作動油を供給して所定の進角位置に変更してロックし、その後、エンジンを停止することとした。
よって、パーキングレンジが選択された段階で所定の進角位置に移動するため、イグニッションスイッチがオフとされた状態でエンジンの点火状態が続くことに起因する運転者の違和感を抑制しつつ、システム停止時にバルブタイミング機構を所定の進角位置に移動できる。
実施例１のハイブリッド車両を示す全体システム図である。 実施例１のハイブリッド車両の制御装置において実行されるバルブタイミング制御処理を表すフローチャートである。 実施例１のハイブリッド車両の制御装置においてＰレンジ選択時に実行されるバルブタイミング制御処理を表すタイムチャートである。
Ｅ エンジン
CL1 第１クラッチ
MG モータジェネレータ
CL2 第２クラッチ
CVT ベルト式無段変速機
１ エンジンコントローラ
２ モータコントローラ
５ 第１クラッチコントローラ
６ 第２クラッチコントローラ
７ CVTコントローラ
８ レンジ位置センサ
９ イグニッションスイッチ
１０ 統合コントローラ
２０ バッテリ
IVC バルブタイミング変更機構
OP1 IVCポンプ
OP2 変速機用ポンプ
まず、エンジン自動停止機能付き車両の一例であるハイブリッド車両の駆動系構成を説明する。図１は実施例１のハイブリッド車両を示す全体システム図である。実施例１におけるハイブリッド車の駆動系は、図１に示すように、エンジンＥと、第１クラッチCL1と、モータジェネレータMGと、第２クラッチCL2と、ベルト式無段変速機CVTと、プロペラシャフトPSと、ディファレンシャルギヤDFと、左ドライブシャフトDSLと、右ドライブシャフトDSRと、左前輪FL（駆動輪）と、右前輪FR（駆動輪）と、を有する。
エンジンＥは、例えばガソリンエンジンであり、後述するエンジンコントローラ１からの制御指令に基づいて、スロットルバルブのバルブ開度等が制御される。また、エンジンＥには、吸気タイミングを変更可能なバルブタイミング変更機構IVCが設けられている。具体的には、エンジンＥにより作動するIVCポンプOP1を油圧源として作動し、吸気側のバルブタイミングを最遅角位置から最進角位置の範囲で変更可能としている。また、IVCポンプOP1が非作動であってもバルブタイミングを所定のタイミングに固定可能なロック機構を有する。ロック機構は、最遅角位置に固定可能な第１ロック機構と、最遅角位置と最進角位置の中間よりもやや進角側に位置する中間位置に固定可能な第２ロック機構とから構成されている。以下、第１ロック機構により固定されるバルブタイミングをデコンプバルタイ（最遅角位置）と記載し、第２ロック機構により固定されるバルブタイミングを中間ロックバルタイと記載する。また、特にロック機構は存在しないが、エンジンＥのアイドリング時に設定されるバルブタイミングをアイドル時バルタイと記載する。
第１クラッチCL1は、エンジンＥとモータジェネレータMGとの間に介装されたクラッチであり、第１クラッチコントローラ５からの制御指令に基づいて、第１クラッチ油圧ユニットにより作り出される制御油圧により、スリップ締結を含み締結・開放が制御される。
モータジェネレータMGは、ロータに永久磁石を埋設しステータにステータコイルが巻き付けられた同期型モータジェネレータであり、モータコントローラ２からの制御指令に基づいて、インバータ２ａにより作り出された三相交流を印加することにより制御される。このモータジェネレータMGは、バッテリ２０からの電力の供給を受けて回転駆動する電動機として動作することもできるし（以下、この状態を「力行」と呼ぶ）、ロータが外力により回転している場合には、ステータコイルの両端に起電力を生じさせる発電機として機能してバッテリ２０を充電することもできる（以下、この動作状態を「回生」と呼ぶ）。
第２クラッチCL2は、モータジェネレータMGと左右前輪FL,FRとの間に介装されたクラッチであり、CL2コントローラ６からの制御指令に基づいて、第２クラッチ油圧ユニットにより作り出される制御油圧により、スリップ締結を含み締結・開放が制御される。
ベルト式無段変速機CVTは、プライマリプーリとセカンダリプーリとこれらプーリに掛けあわされたベルトからなり、プーリ溝幅を油圧制御により変更することで無段階に変速比を変更可能なベルト式の無段変速機であり、CVTコントローラ７からの制御指令に基づいて変速比が制御される。また、ベルト式無段変速機CVTは、モータジェネレータMGにより駆動される変速機用ポンプOP2を有し、エンジン停止時であっても、モータジェネレータMGの作動により油圧を確保し、変速比もしくは第２クラッチCL2の締結状態等を制御可能に構成されている。
ベルト式無段変速機CVTの出力軸は、車両駆動軸としてのプロペラシャフトPS、ディファレンシャルギヤDF、左ドライブシャフトDSL、右ドライブシャフトDSRを介して左右前輪FL,FRに連結されている。尚、前記第１クラッチCL1と第２クラッチCL2には、例えば、比例ソレノイドで油流量および油圧を連続的に制御できる湿式多板クラッチを用いている。
このハイブリッド駆動系には、第１クラッチCL1の締結・開放状態に応じて少なくとも２つの走行モードを有する。第１走行モードは、第１クラッチCL1の開放状態で、モータジェネレータMGの動力のみを動力源として走行するモータ使用走行モードとしての電気自動車走行モード（以下、「EV走行モード」と略称する。）である。第２走行モードは、第１クラッチCL1の締結状態で、エンジンＥを動力源に含みながら走行するエンジン使用走行モード（以下、「HEV走行モード」と略称する。）である。尚、EV走行モードからHEV走行モードに遷移するときは、第１クラッチCL1を締結し、モータジェネレータMGのトルクを用いてエンジン始動を行う。
上記「HEV走行モード」には、「エンジン走行モード」と「モータアシスト走行モード」と「走行発電モード」との３つの走行モードを有する。「エンジン走行モード」は、エンジンＥのみを動力源として駆動輪を動かす。「モータアシスト走行モード」は、エンジンＥとモータジェネレータMGの２つを動力源として駆動輪を動かす。「走行発電モード」は、エンジンＥを動力源として駆動輪RR,RLを動かすと同時に、モータジェネレータMGを発電機として機能させる。定速運転時や加速運転時には、エンジンＥの動力を利用してモータジェネレータMGを発電機として動作させる。また、減速運転時は、制動エネルギを回生してモータジェネレータMGにより発電し、バッテリ２０の充電のために使用する。また、更なるモードとして、車両停止時には、エンジンＥの動力を利用してモータジェネレータMGを発電機として動作させる発電モードを有する。この発電モードは、バッテリ２０のSOCが発電要求閾値SOC1未満の場合、SOC1を超えるまで発電が継続され、SOC1を超えると、エンジンＥを停止して発電モードを終了する。
統合コントローラ１０は、車両全体の消費エネルギを管理し、最高効率で車両を走らせるための機能を担うもので、各種センサ情報，シフトレバーに設けられたレンジ位置センサ８により検知されたレンジ位置情報，イグニッションスイッチ９のオン・オフ情報及びCAN通信線１１を介して得られた情報を入力する。また、統合コントローラ１０は、エンジンコントローラ１への制御指令によるエンジンＥの動作制御と、モータコントローラ２への制御指令によるモータジェネレータMGの動作制御と、第１クラッチコントローラ５への制御指令による第１クラッチCL1の締結・開放制御と、第２クラッチコントローラ６への制御指令による第２クラッチCL2の締結・開放制御と、CVTコントローラ７への制御指令による変速制御と、を行う。
（バルブタイミング制御処理）
次に、停車中であって中間ロックバルタイ以外の位置にいる状態から中間ロックバルタイの位置に制御するバルブタイミング制御処理について説明する。まず、バルブタイミング制御処理の必要性について説明する。バルブタイミング変更機構IVCは、例えばエンジンＥの暖気が終了している状態でHEV走行モードからEV走行モードに変更され、エンジンＥを停止する場合には、デコンプバルタイに制御する。これは、暖気終了によりフリクションが十分に低下していると考えられるエンジン再始動時に、エンジン回転数と車体側とが共振する低回転数領域（例えば200rpm〜400rpm）を素早く抜けるためにエンジン回転数を素早く上昇させるためである。即ち、デコンプバルタイとすることで、ピストン上死点に向かう際の吸気バルブ閉塞タイミングを遅らせ、エンジンシリンダ内のポンピング負荷の軽減を図るものである。
一方、イグニッションオフのようにシステム停止とされる場合、再度イグニッションオンされるタイミングがいつになるかは不明である。このような場合、仮にデコンプバルタイのままでエンジンＥを停止すると、次回のエンジン始動が冷機始動のようにエンジンフリクションが大きい場合、十分なトルクを得られず、適切なエンジン始動を達成できないおそれがある。そこで、冷機始動が行われる可能性がある場面では、中間ロックバルタイとすることで、吸気バルブ閉塞タイミングを遅らせることなく、エンジンシリンダ内のポンピング負荷を確保することで、エンジン始動時のトルクを確保する。
実施例１のハイブリッド車両にあっては、デコンプバルタイの状態、もしくは中間ロックバルタイよりも遅角側のアイドルバルタイの状態でイグニッションオフとされた場合、そのままエンジンＥを停止すると、その後のイグニッションオンによるエンジン再始動時に適切なバルブタイミングを得られないおそれがある。そこで、イグニッションオフに伴うエンジン停止時には、中間ロックバルタイに移行してからエンジンＥの作動を停止することが好ましい。
しかしながら、ハイブリッド車両の場合、燃費を限界まで高めるという要求、及び、仮に通常のスタータモータによるエンジン始動に失敗してもモータジェネレータMGによってリカバーできるという背景から、デコンプバルタイやアイドルバルタイが極めて遅角位置側に設定される傾向が強い。このことから、中間ロックバルタイの位置まで移動させる際にはエンジン車両に比べて制御量（遅角位置から進角位置まで移動させる角度の大きさ）が大きく、時間がかかるおそれがある。
このとき、実施例１のハイブリッド車両では、油圧源としてエンジンＥにより駆動されるIVCポンプOP1を使用する安価なバルブタイミング変更機構IVCを採用しているため、エンジンＥが作動していなければ中間ロックバルタイまで移動させることができない。すなわち、イグニッションオフからエンジンＥを停止するまでに時間がかかるおそれがあり、運転者に違和感を与えるおそれがある。また、EV走行モードで走行中のエンジン停止中にイグニッションオフされた場合、デコンプバルタイのままシステムが停止するおそれがある。
そこで、実施例１では、イグニッションオフを待つことなく、イグニッションオフとなる可能性が高い状態であって、特に運転者に違和感を与えることが無い場面において、エンジン停止直前に中間ロックバルタイに移動させることで、上記課題を解決するものである。具体的には、エンジン停止状態でＰレンジ位置が検出された場合は、エンジンＥを始動し、エンジン停止条件が成立した段階でエンジン停止直前に中間ロックバルタイに移動させるものである。
図２は実施例１のハイブリッド車両の制御装置において実行されるバルブタイミング制御処理を表すフローチャートである。
ステップS1では、シフト位置がＰレンジか否かを判断し、Ｐレンジと判断した場合はステップS2に進み、それ以外の場合は本制御フローを終了する。
ステップS2では、EV走行モードか否かを判断し、EV走行モードの場合はステップS3に進み、HEV走行モードの場合はステップS9に進む。
ステップS3では、バルブタイミング変更機構IVCが中間ロックバルタイに位置するか否かを判断し、中間ロックバルタイに位置しているときには本制御フローを終了し、中間ロックバルタイに位置していない場合はステップS4に進む。
ステップS4では、エンジン始動を行う。具体的には、第１クラッチCL1を締結し、モータジェネレータMGの回転数制御によりエンジン回転数を引き上げ、その後、燃料供給を行ってアイドル状態とする。
ステップS5では、第１タイマーのカウントアップを開始する。
ステップS6では、発電モードによる発電が開始される発電要求閾値SOC1を、SOC1より大きなSOC2に変更する。仮に現時点のSOCがSOC2よりも高ければ、特に発電モードによる発電は行われず、単にエンジンＥがアイドル状態を維持する。
ステップS7では、SOCがSOC2より大きいか否かを判断し、大きいと判断した場合はステップS8に進み、それ以外の場合はステップS6を繰り返す。すなわち、SOCがSOC1より大きくSOC2未満の場合は、SOC2以上となるまで発電モードが継続される。
ステップS8では、第１タイマーのカウント値が予め設定された所定時間T1（例えば２０秒）を経過したか否かを判断し、経過していない場合は経過するまで本ステップを繰り返し、経過してからステップS9へ進む。言い換えると、SOCが発電モードによりSOC2以上となっても所定時間T1が経過するまではエンジンＥの作動状態を維持する。これにより、頻繁にエンジンＥの始動・停止が繰り返されることによる違和感を回避するものである。
すなわち、SOCが通常の発電要求閾値SOC1のままの場合、一旦エンジンＥを始動してすぐにエンジンＥを停止すると、停車中の状況によってはバッテリ電力の消費が激しくなるため、エンジン再始動が比較的早く要求される場面が想定される。例えば、エンジン停止後、モータジェネレータMGのアイドリング回転によるモータアイドリング状態を保持する、もしくは車両停止中、継続的にエアコンを使用するといった場合、バッテリ２０の電力消費が激しく、SOC1をすぐに下回るおそれがあるからである。そこで、EV走行モードの状態でＰレンジが選択され、エンジンＥを始動した場合には、SOC1をSOC2に変更し、よりバッテリ２０の蓄電量を多めに確保する。これにより、蓄電量確保までに必要な時間が長くなるため継続的にエンジン作動状態にでき、エンジン停止後もバッテリ２０の蓄電量に余裕があることから長時間エンジン停止状態を継続できるため、頻繁にエンジン停止・始動が繰り返されるといった事態を回避できる。
ステップS9では、エンジン停止条件が成立したか否かを判断し、成立したと判断した場合はステップS10へ進み、それ以外は成立するまで本ステップを繰り返す。ここで、エンジン停止条件とは、イグニッションオフ以外の条件、例えばエアコンが非作動となったり、ドアを開けた状態となったりと、イグニッションオンのまま車両から離れるような場面等が挙げられる。
ステップS10では、エンジン停止前にバルブタイミング変更機構IVCの進角処理を実施し、中間ロックバルタイへの移動及びロックを行う。
ステップS11では、第２タイマーのカウントアップを開始する。
ステップS12では、第２タイマーのカウント値が所定時間T2（例えば３秒）経過したか否かを判断し、経過したと判断した場合はステップS14に進み、それ以外の場合はステップS13に進む。
ステップS13では、中間ロックバルタイに移動して第２ロック機構によるロックが完了したか否かを判断し、ロック完了と判断した場合にはステップS14に進み、ロック完了していないと判断した場合はステップS12に戻って進角処理を継続する。尚、ロック完了が達成されたか否かは、第２ロック機構に油圧スイッチや接触スイッチ等を備え、これによりロック完了を判断してもよいし、第２ロック機構の作動要求信号を出力してから所定時間が経過したか否かで判断してもよい。
ステップS14では、エンジン停止処理を実行する。
図３は実施例１のハイブリッド車両の制御装置においてＰレンジ選択時に実行されるバルブタイミング制御処理を表すタイムチャートである。このタイムチャートは、車両停止中にエンジン非作動状態でＤレンジ位置からＰレンジ位置に操作された場合を示す。尚、エンジン始動を行う前の状態は、エンジンＥが作動しており、第１クラッチCL1は解放しており、第２クラッチCL2は解放された車両停止状態である。また、モータジェネレータMGはアイドル回転数を維持するように回転数制御が行われているものとする。
時刻ｔ１において、運転者がシフトレバーを操作してＰレンジ位置が選択されると、第１クラッチCL1を締結し、モータジェネレータMGによるエンジン始動処理が開始され、第１タイマーのカウントアップが開始される。このとき、バルブタイミング変更機構IVCはEV走行モードによるエンジン停止状態であることからデコンプバルタイに位置している。
同時に、発電要求閾値SOC1がSOC2に変更され、SOCがSOC1よりも大きいものの、SOC2よりも小さいため、発電モードが選択され、エンジンＥの駆動力によりモータジェネレータMGによる発電が行われる。
時刻ｔ２において、所定時間T1が経過する前にSOCが発電要求閾値SOC2を上回るため、発電モードは終了するものの、所定時間T1が経過していないため、エンジンＥは作動状態を維持する。これにより、エンジンＥの頻繁な作動・停止を回避する。
時刻ｔ３において、所定時間T1が経過すると、次にエンジン停止条件の成立が判定される。エンジン停止条件が成立しているため、バルブタイミング変更機構IVCによる中間ロックバルタイへの変更が開始されると共に、第２タイマーのカウントアップが開始される。
時刻ｔ５において、所定時間T2が経過する前の時点で中間ロックバルタイへの移動が確実に終了していると判断されると、第１クラッチCL1を解放してエンジンＥを停止する。エンジンＥはイナーシャやフリクションに応じて回転数が低下し、停止する。尚、モータジェネレータMGは、モータアイドリング状態に移行するため、アイドル回転数を維持する。尚、所定時間T2経過前の段階で中間ロックバルタイに移動し、ロック完了と判断されなかった場合は、所定時間T2の経過によってシステムを停止する。これにより、システムが停止しないという事態を回避できる。
以上説明したように、実施例１のハイブリッド車両にあっては、下記に列挙する作用効果を得ることができる。
（１）エンジンＥにより駆動されるIVCポンプOP1（ポンプ）により作動油を供給し、吸気バルブを所定範囲で進角側もしくは遅角側に変更可能であって、作動油の有無にかかわらず中間ロックバルタイ（所定の進角位置）にロック可能な第２ロック機構を有するバルブタイミング変更機構IVC（バルブタイミング変更手段）と、運転者により操作され、車両駐車状態を達成するパーキングレンジを有するシフトレバー８と、エンジンＥが非作動状態で、シフトレバーがパーキングレンジに操作された場合、エンジンＥを始動して作動油を供給し、バルブタイミング変更機構IVCを作動して中間ロックバルタイに変更してロックし、その後、エンジンＥを停止するステップS1，S2，S3，S4，S10，S13，S14（バルブタイミング制御手段）と、を備えた。
よって、パーキングレンジが選択された段階で中間ロックバルタイに移動できるため、その後にイグニッションスイッチがオフとされ、車両システムが停止したとしても、次回のイグニッションオン時に確実にエンジン再始動できる。
（２）バッテリ２０の蓄電量がSOC1（所定値）未満のときは、エンジンＥの駆動力を用いてモータジェネレータMGにより発電し、蓄電量がSOC1以上となるように充電する発電モード（充電手段）を有し、ステップS6は、SOC1を該SOC1よりも大きなSOC2（第２の所定値）に変更し、蓄電量がSOC2以上となってからバルブタイミング変更機構IVCを作動する。
これにより、蓄電量確保までに必要な時間が長くなるため継続的にエンジン作動状態にでき、エンジン停止後もバッテリ２０の蓄電量に余裕があることから長時間エンジン停止状態を継続できるため、頻繁にエンジン停止・始動が繰り返されるといった事態を回避できる。
（３）ステップS8及びステップS10に示すように、エンジンＥを始動後、所定時間T1が経過した後にバルブタイミング変更機構IVCを作動する。
言い換えると、SOCが発電モードによりSOC2以上となっても所定時間T1が経過するまではエンジンＥの作動状態を維持する。これにより、頻繁にエンジンＥの始動・停止が繰り返されることによる違和感を回避することができる。
なお、本実施例では、ハイブリッド車両を例示したが、アイドリングストップ機能付き車両でも、同様の効果を得ることができる。

Claims (3)

  1. エンジンにより駆動されるポンプにより作動油を供給し、吸気バルブを所定範囲で進角側もしくは遅角側に変更可能であって、前記作動油の有無にかかわらず所定の進角位置にロック可能なバルブタイミング変更手段と、
    運転者により操作され、車両駐車状態を達成するパーキングレンジを有するシフトレバーと、
    前記エンジンが非作動状態で、前記シフトレバーがパーキングレンジに操作された場合、前記エンジンを始動して前記作動油を供給し、前記バルブタイミング変更手段を作動して前記所定の進角位置に変更してロックし、その後、前記エンジンを停止するバルブタイミング制御手段と、
    を備えたことを特徴とするエンジン自動停止機能付き車両の制御装置。
  2. 請求項１に記載のエンジン自動停止機能付き車両の制御装置において、
    バッテリの蓄電量が所定値未満のときは、前記エンジンの駆動力を用いて発電し、蓄電量が前記所定値以上となるように充電する充電手段を有し、
    前記バルブタイミング制御手段は、前記所定値を該所定値よりも大きな第２の所定値に変更し、蓄電量が前記第２の所定値以上となってから前記バルブタイミング変更手段を作動することを特徴とするエンジン自動停止機能付き車両の制御装置。
  3. 請求項１または２に記載のエンジン自動停止機能付き車両の制御装置において、
    前記バルブタイミング制御手段は、前記エンジンを始動後、所定時間経過した後に前記バルブタイミング変更手段を作動することを特徴とするエンジン自動停止機能付き車両の制御装置。
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