WO2013057817A1 - ハイブリッド車両のエンジン始動時制御装置 - Google Patents

ハイブリッド車両のエンジン始動時制御装置 Download PDF

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WO2013057817A1
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torque
clutch
direct injection
speed
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直器 仲西
康之 加藤
幸彦 出塩
小島 進
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トヨタ自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to control at the time of engine start of a hybrid vehicle having a direct injection engine.
  • a direct injection engine that directly injects fuel into the cylinder
  • a clutch that connects and disconnects the direct injection engine to the power transmission path
  • a rotating machine that functions as at least an electric motor.
  • the direct injection engine and the rotating machine can be run simultaneously or separately as a driving force source, and fuel is injected into any cylinder and ignited when the direct injection engine is stopped.
  • a hybrid vehicle capable of starting ignition to start the direct injection engine is known.
  • the hybrid vehicle described in Patent Document 1 is an example, and a friction clutch is connected (friction engagement) during motor traveling that uses only the rotating machine as a driving force source to rotate the crankshaft of the direct injection engine, and the expansion stroke.
  • An ignition start technique is described in which fuel is injected and ignited into a cylinder in the expansion stroke when the engine is started by adjusting the crank angle of the cylinder to be within a predetermined range. Further, when the engine rotation speed is increased by ignition start and becomes substantially the same as the rotation speed of the rotating machine (when synchronized), the clutch is connected to replace the motor torque with the engine torque.
  • the engine can be started on its own by just starting the ignition, but if necessary, a clutch is connected at the time of engine start to assist with the rotating machine (torque guarantee).
  • the assist torque can be greatly reduced by starting ignition. As a result, the maximum torque of the rotating machine can be reduced, and the size and fuel consumption can be reduced.
  • FIG. 8 shows the connection timing when the K0 clutch 34 is connected when the ignition start of the direct injection engine 12 is started at time t1 and the engine rotational speed NE rises and substantially synchronizes with the rotational speed NMG of the motor generator MG.
  • a connection shock fluctuation in output shaft torque
  • overshooting lowup
  • subsequent engagement of the K0 clutch 34 increase in K0 torque
  • the present invention has been made against the background of the above circumstances, and its object is to start a direct injection engine by starting ignition in a hybrid vehicle in which the direct injection engine is connected to a power transmission path by a clutch. This is to improve the dribbling performance and ride comfort when the clutch is connected.
  • the first invention includes (a) a direct injection engine that directly injects fuel into a cylinder, (b) a clutch that connects and disconnects the direct injection engine to a power transmission path, and (c) ) At least a rotating machine that functions as an electric motor, and (d) any of the direct-injection engine and the rotating machine that can run simultaneously or separately as a driving force source and when the direct-injection engine stops.
  • the direct injection engine is blown up by the engagement torque of the clutch. It is characterized by suppressing.
  • the in-cylinder air amount of the direct injection engine is determined as a throttle valve opening degree.
  • the clutch is waited for connection until a stable state determined according to the state is reached.
  • the engine rotational speed rotates on the power transmission path side with the clutch interposed therebetween.
  • the engine torque decreases as the speed approaches, and when the speed difference becomes zero, the engine torque is decreased according to the speed difference so that the engine rotation speed is maintained constant.
  • the engine torque decreases as the engine rotation speed approaches the power transmission path rotation speed. Based on the speed difference between the engine speed and the power transmission path side speed, the engine torque is reduced when the speed difference is small compared to when the speed difference is large.
  • the direct injection engine blow-up and connection shocks are suppressed, improving drivability and ride comfort.
  • the engine torque is reduced according to the speed difference, a stall due to the inability to rotate the direct injection engine independently can be avoided as compared with the case where the engine torque is uniformly reduced regardless of the change in the speed difference.
  • the clutch when the engine torque cannot be decreased according to the speed difference, for example, when the engine torque is decreased by the retard control, when the retard lower limit torque determined according to the throttle valve opening is reached, etc. Since the direct-injection engine blow-up is suppressed by the engagement torque of the clutch, the clutch can be appropriately connected so as not to cause fluctuations in the driving force while suppressing the direct-injection engine blow-up.
  • the in-cylinder air amount of the direct injection engine is in a stable state determined according to the throttle valve opening. Since it waits for the clutch to be connected, the clutch can be connected while suppressing fluctuations in the driving force even when the torque cannot be absorbed by the regenerative control of the rotating machine due to the battery being fully charged. That is, immediately after the engine is started, the surge tank, etc. is at atmospheric pressure and has a large amount of cylinder air, and a large torque is generated. However, when the engine is in operation, the surge tank, etc. has a negative pressure and the cylinder air volume decreases. Since the torque corresponds to the opening (the driver's required output), if the clutch is connected in this state, it is not necessary to absorb excess torque.
  • the engine torque decreases as the engine rotational speed approaches the power transmission path side rotational speed, and when the speed difference between the engine rotational speed and the power transmission path side rotational speed becomes zero, the engine rotational speed is increased. Since the engine torque is reduced according to the speed difference so as to be maintained constant, the direct injection engine blow-up and the connection shock are more appropriately suppressed regardless of the shift of the clutch connection timing.
  • FIG. 4 is an example of a time chart for explaining a change in operating state of each part when engine starting control is performed in accordance with steps S3 to S7 of the flowchart of FIG. 3;
  • FIG. 4 is an example of a time chart for explaining changes in the operating state of each part when the engine starting control is performed according to steps S3, S4, S8 to S12, S6, and S7 of the flowchart of FIG.
  • FIG. 4 is an example of a time chart for explaining changes in the operating state of each part when the engine start-up control is performed according to steps S3, S4, S8, S13 to S16, S6, and S7 in the flowchart of FIG. 3; It is an example of the time chart when the connection timing at the time of connecting a clutch shifts after starting a direct injection engine by ignition start, and the connection shock generate
  • the present invention is suitably applied to a parallel type or the like hybrid vehicle in which a direct injection engine is connected / disconnected (connected / disconnected) to / from a power transmission path by a clutch, and travels using only a rotating machine as a driving force source.
  • a direct injection engine is connected / disconnected (connected / disconnected) to / from a power transmission path by a clutch, and travels using only a rotating machine as a driving force source.
  • the present invention is applied to the case where the direct injection engine is started to ignite and the clutch is connected when at least a member on the power transmission path side of the clutch (including the case of the rotating machine) is rotating at a predetermined rotational speed.
  • the clutch a single-plate type or multi-plate type friction engagement clutch is preferably used.
  • the hybrid vehicle of the present invention can use a direct-injection engine and a rotating machine as a driving power source for traveling, and the rotating machine can alternatively use the functions of both an electric motor and a generator.
  • a motor generator is preferably used.
  • the direct injection engine a four-cycle gasoline engine is preferably used, and a direct injection engine having various numbers of cylinders including a multi-cylinder engine having four or more cylinders can be used. It is also possible to use another reciprocating internal combustion engine that can start ignition by injecting fuel into a cylinder in an expansion stroke, such as a two-cycle gasoline engine.
  • the rotating machine may be disposed in a power transmission path to which the direct injection engine is connected via a clutch, and the rotating machine and the direct injection engine may be directly connected via the clutch.
  • a transmission mechanism or the like may be interposed between the rotating machine and the direct injection engine.
  • the direct injection engine and the rotary machine are disposed on separate power transmission paths, such as by arranging the rotating machine on the rear wheel drive side. Is also possible.
  • the ignition start of the direct injection engine is started by injecting and igniting fuel in at least one of the cylinders in the expansion stroke, and may be started only by the ignition start,
  • the clutch may be slip-engaged to assist (crank) rotation of the direct injection engine with the kinetic energy of the rotating machine or the vehicle. Even when assisting with the kinetic energy of the vehicle, it is desirable to guarantee the torque with a rotating machine in order to suppress fluctuations in the driving force.
  • the engine torque may be changed nonlinearly or stepwise with respect to the speed difference.
  • This torque-down control is appropriately controlled by retarding the ignition timing with excellent responsiveness, but can also be controlled using an intake air amount adjusting device such as a throttle valve.
  • the control to “maintain the engine speed constant when the speed difference becomes 0” is only a goal, and the engine speed may fluctuate slightly due to control responsiveness or error. What is necessary is just to control an engine torque so that this may be prevented.
  • the engine torque should basically be zero.
  • a predetermined engine torque corresponding to the load may be generated. In carrying out the first invention, it is sufficient that the engine torque is decreased continuously or stepwise as at least the speed difference becomes smaller.
  • the direct-injection engine when the engine torque cannot be reduced according to the speed difference, the direct-injection engine is restrained from being blown up by the clutch engagement torque.
  • the direct-injection engine is a predetermined engine. Since the clutch is connected in a state where torque is generated, it is desirable to reduce the torque of the rotating machine or adjust the clutch engagement torque to absorb the engine torque.
  • the stable state of the third aspect of the invention means that the target air amount is in accordance with the throttle valve opening, and does not necessarily mean that the in-cylinder air amount is substantially constant.
  • the target air amount when the throttle valve opening changes due to a change in the driver's required output amount (accelerator operation amount, etc.), the target air amount also changes. Even when the in-cylinder air amount changes according to the change in the throttle valve opening, it can be said that the state is stable.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram including a skeleton diagram of a drive system of a hybrid vehicle 10 to which the present invention is preferably applied.
  • the hybrid vehicle 10 includes a direct injection engine 12 that directly injects fuel into a cylinder and a motor generator MG that functions as an electric motor and a generator as driving power sources for traveling.
  • the outputs of the direct injection engine 12 and the motor generator MG are transmitted from the torque converter 14 which is a fluid transmission device to the automatic transmission 20 via the turbine shaft 16 and the C1 clutch 18, and further to the output shaft 22, the difference It is transmitted to the left and right drive wheels 26 via the dynamic gear device 24.
  • the torque converter 14 includes a lockup clutch (L / U clutch) 30 that directly connects the pump impeller and the turbine impeller, and an oil pump 32 is integrally connected to the pump impeller. It is rotationally driven mechanically by the jet engine 12 and the motor generator MG. Motor generator MG corresponds to a rotating machine.
  • the direct injection engine 12 is an eight-cylinder four-cycle gasoline engine. As specifically shown in FIG. 2, gasoline (high pressure) is introduced into a cylinder (cylinder) 100 by a fuel injection device 46. Fine particles) are jetted directly.
  • gasoline high pressure
  • fine particles are jetted directly.
  • the ignition device 47 is ignited at this timing, the air-fuel mixture in the cylinder 100 explodes and burns, and the piston 110 is pushed downward.
  • the intake passage 102 is connected to an electronic throttle valve 45, which is an intake air amount adjusting device, via a surge tank 103.
  • the intake passage 102 From the intake passage 102 to the cylinder according to the opening degree of the electronic throttle valve 45 (throttle valve opening degree).
  • the amount of intake air flowing into 100, that is, the engine output is controlled.
  • the piston 110 is fitted in the cylinder 100 so as to be slidable in the axial direction, and is connected to a crankpin 116 of the crankshaft 114 via a connecting rod 112 so as to be relatively rotatable.
  • the crankshaft 114 is rotationally driven as indicated by an arrow R.
  • the crankshaft 114 is rotatably supported by a bearing in the journal portion 118, and integrally includes a crank arm 120 that connects the journal portion 118 and the crankpin 116.
  • the crankshaft 114 is rotated twice (720 °), and the intake stroke, the compression stroke, the expansion (explosion) stroke, and the exhaust stroke are performed.
  • the shaft 114 is continuously rotated.
  • the pistons 110 of the eight cylinders 100 are configured such that the crank angles are shifted by 90 °, and the eight cylinders 100 are sequentially exploded and rotated each time the crankshaft 114 rotates 90 °. Torque is generated.
  • the angle range ⁇ is suitably within a range of about 30 ° to 60 ° from the compression TDC, for example, and relatively large rotational energy can be obtained by ignition start, and assist torque can be reduced. In the case of an eight-cylinder engine, ignition can be started even when the compression TDC is about 80 ° to 100 °, and the angle range ⁇ differs depending on the number of cylinders of the direct injection engine 12.
  • a K0 clutch 34 is provided between the direct injection engine 12 and the motor generator MG via a damper 38 to directly connect them.
  • the K0 clutch 34 is a single-plate or multi-plate friction clutch that is frictionally engaged by a hydraulic cylinder, and is engaged and released by the hydraulic control device 28.
  • the K0 clutch 34 is disposed in the oil chamber 40 of the torque converter 14. It is arranged in an oil bath state.
  • the K0 clutch 34 is a hydraulic friction engagement device, and functions as a connection / disconnection device that connects or disconnects the direct injection engine 12 with respect to the power transmission path.
  • Motor generator MG is connected to battery 44 via inverter 42.
  • the automatic transmission 20 is a stepped automatic transmission such as a planetary gear type in which a plurality of gear stages having different gear ratios are established depending on the disengagement state of a plurality of hydraulic friction engagement devices (clutch and brake).
  • the shift control is performed by an electromagnetic hydraulic control valve, a switching valve or the like provided in the hydraulic control device 28.
  • the C1 clutch 18 functions as an input clutch of the automatic transmission 20 and is similarly subjected to engagement / release control by the hydraulic control device 28.
  • the electronic control unit 70 includes a so-called microcomputer having a CPU, a ROM, a RAM, an input / output interface, and the like, and performs signal processing according to a program stored in advance in the ROM while using a temporary storage function of the RAM. Do. A signal representing the accelerator pedal operation amount (accelerator operation amount) Acc is supplied from the accelerator operation amount sensor 48 to the electronic control unit 70.
  • the rotation speed (engine rotation speed) NE of the direct injection engine 12 respectively, Motor generator MG rotational speed (MG rotational speed) NMG, turbine shaft 16 rotational speed (turbine rotational speed) NT, output shaft 22 rotational speed (output shaft rotational speed corresponds to vehicle speed V) NOUT, every eight cylinders 100 , A signal related to the rotation angle (crank angle) ⁇ from the TDC (top dead center) and the remaining charge SOC of the battery 44 is supplied. In addition, various types of information necessary for various types of control are supplied.
  • the SOC sensor 60 is configured, for example, to sequentially accumulate the charge amount and discharge amount of the battery 44 to obtain the remaining power storage SOC.
  • the accelerator operation amount Acc corresponds to the output request amount.
  • the electronic control unit 70 functionally includes hybrid control means 72, shift control means 74, engine stop control means 76, and engine start time control means 80.
  • the hybrid control means 72 controls the operation of the direct injection engine 12 and the motor generator MG, for example, an engine travel mode in which only the direct injection engine 12 travels as a driving power source, or travels using only the motor generator MG as a driving power source.
  • a plurality of predetermined driving modes such as an engine driving mode using both the motor driving mode and the motor driving mode are switched in accordance with the driving state such as the accelerator operation amount Acc and the vehicle speed V.
  • the shift control means 74 controls an electromagnetic hydraulic control valve, a switching valve and the like provided in the hydraulic control device 28 to switch the engagement / disengagement state of the plurality of hydraulic friction engagement devices. These gear stages are switched in accordance with a predetermined shift map with the operating state such as the accelerator operation amount Acc and the vehicle speed V as parameters.
  • the engine stop control means 76 stops the direct injection engine 12 at the time of switching from the engine + motor traveling mode to the motor traveling mode, at the time of inertial traveling in the engine + motor traveling mode or the engine traveling mode, at the time of deceleration, or at a stop.
  • the stop position of the crankshaft 114 is adjusted so that ignition can be started when the direct injection engine 12 is restarted. That is, when the rotation of the direct injection engine 12 is stopped by shutting off the K0 clutch 34, the K0 clutch 34 is temporarily slip-engaged immediately before the stop or immediately after the stop, and the crankshaft 114 is rotated.
  • the crank angle ⁇ of the cylinder 100 is adjusted so as to fall within the angle range ⁇ where ignition can be started. As a result, the engine can be started by ignition at the time of subsequent engine start, assist torque by the motor generator MG is reduced, and the motor generator MG can be reduced in size and fuel consumption.
  • the engine starting control means 80 switches, for example, from the motor travel mode to the engine + motor travel mode or the engine travel mode, operates the direct injection engine 12 while the vehicle is stopped, and regeneratively controls the motor generator MG (also referred to as power generation control). In order to charge the battery 44, the direct injection engine 12 is started, and control is performed when the K0 clutch 34 is connected to the power transmission path.
  • This engine start control means 80 functionally includes an engine start means 82, a torque down control means 84, a clutch control means 86, and a torque change means 88.
  • the engine starting means 82 starts the direct injection engine 12 by starting ignition, and performs ignition start while assisting the rotation of the direct injection engine 12 by slip-engaging the K0 clutch 34.
  • 4, 5, and 7 are time charts when the direct injection engine 12 is ignited during traveling in the motor traveling mode.
  • the time t1 is the ignition starting start time, and the cylinder 100 in the expansion stroke.
  • K0 torque a predetermined engagement torque
  • the magnitude of the engagement torque is determined to be as low as possible within a range in which the direct injection engine 12 can be started by ignition start.
  • the broken line in the column of “K0 torque” in each of the above time charts is the command value, and the solid line is the actual torque value.
  • the “in-cylinder air amount” is the amount of air in the cylinder 100 of the direct injection engine 12 and corresponds to the pressure in the surge tank 103 (surge tank pressure).
  • the K0 clutch 34 can be connected.
  • the connection timing is shifted due to an error in synchronization determination or a response delay in the hydraulic pressure of the K0 clutch 34, the direct injection engine 12 blows up, or the engine rotational speed NE changes due to the subsequent connection of the K0 clutch 34. Shock (driving force fluctuation) may occur, and drivability and riding comfort may be impaired. For example, as shown in FIG.
  • FIG. 9 shows a case where torque reduction control of the direct injection engine 12 is performed before the K0 clutch 34 is connected in order to prevent overshoot of the engine rotational speed NE, but the connection timing determination time t2 is a delay time.
  • the engine speed NE decreases, and a connection shock (variation in output shaft torque) occurs due to the subsequent engagement of the K0 clutch 34.
  • the engine start-time control means 80 of the present embodiment appropriately connects the K0 clutch 34 while suppressing the blow-up and the connection shock of the direct injection engine 12 by the torque down control means 84 and the clutch control means 86.
  • FIG. 3 is a flowchart for specifically explaining the operation of the engine start-up control including signal processing by the torque down control means 84 and the clutch control means 86.
  • Steps S3, S9, and S14 are the torque down control means 84.
  • Steps S6 and S10 correspond to the clutch control means 86.
  • Step S7 corresponds to the torque change means 88.
  • Step S10 functions as blowing suppression guarantee means
  • step S15 functions as in-cylinder air amount convergence determination means.
  • Step S2 it is determined whether or not the start mode of the direct injection engine 12 is an ignition start using the slip engagement of the K0 clutch 34 together. That is, when the direct-injection engine 12 is ignited and started when the K0 clutch 34 is completely engaged when the vehicle is stopped, the K0 clutch 34 is already completely connected at that time, so there is no need to perform this control.
  • Step S2 and subsequent steps are executed when the ignition is started by slip-engaging 34.
  • the limit torque TEst is the engine torque TE during torque-down control
  • the constant K is an adaptive value that is determined in advance so that the K0 clutch 34 can be connected while suppressing overshoot and connection shock of the engine speed NE.
  • a constant value may be used, but MG rotation speed NMG or the like may be determined as a parameter.
  • the engine torque TE an actual calculated value can be used. For example, it is convenient to use an estimated engine torque value (maximum torque) TEfwd predicted only by the in-cylinder air amount KL.
  • the in-cylinder air amount KL is obtained from the surge tank pressure or the like.
  • step S3 When the engine torque TE (estimated value TEfwd in the embodiment) is equal to or greater than the limit torque TEst and the determination in step S2 is YES (positive), the torque-down control in step S3 is executed.
  • This torque down control limits the engine torque TE to the limit torque TEst, that is, K (NMG-NE), and the engine torque TE is reduced in proportion to the speed difference (NMG-NE). That is, as the engine rotational speed NE approaches the MG rotational speed NMG, the engine torque TE decreases, the engine rotational speed NE and the MG rotational speed NMG become substantially the same, and the speed difference (NMG-NE) becomes substantially zero.
  • the engine torque TE is also substantially zero, and the engine speed NE is maintained substantially constant.
  • the engine torque TE is limited to the limit torque TEst by retarding the ignition timing.
  • the time t2 in the time charts of FIGS. 4, 5, and 7 is the time when the engine torque TE becomes equal to or greater than the limit torque TEst and the torque-down control in step S3 is started.
  • the MG rotation speed NMG is the power transmission path side rotation speed.
  • This torque down lower limit value TEmin is a lower limit torque (retarding lower limit torque) that can be controlled by retarding control of the ignition timing.
  • step S3 If TE> TEmin, the torque-down control in step S3 can be continued as it is, so step S5 and subsequent steps are executed. However, if TE ⁇ TEmin, the torque-down control in step S3 cannot be performed. Do the following: Note that step S8 and subsequent steps are executed even when the retard control is prohibited to prevent catalyst deterioration or the like.
  • step S5 it is determined whether or not the engine rotational speed NE substantially matches the MG rotational speed NMG, and step S3 and subsequent steps are repeatedly executed until the engine rotational speed is synchronized. If NE ⁇ NMG and the determination in step S5 is YES, the engagement control of the K0 clutch 34 is performed in step S6, and the switching control between the engine torque TE and the MG torque is performed in step S7.
  • the time chart of FIG. 4 shows the case where the K0 clutch 34 is engaged by executing the steps S3 to S7 in this way, and at the time t3, the engagement control and the torque change control of the K0 clutch 34 are started along with the synchronization determination. It was time.
  • the engagement control of the K0 clutch 34 in step S6 gradually increases the K0 torque (hydraulic pressure) and waits at a predetermined standby torque, and the in-cylinder air amount KL is a target air amount KLt determined according to the throttle valve opening.
  • the K0 torque is raised to the maximum value and completely engaged.
  • Time t4 is the time when the cylinder air amount KL decreases to the vicinity of the target air amount KLt.
  • the retard of the ignition timing is gradually returned to gradually increase the engine torque TE, and the MG torque is gradually decreased in response to the increase in the engine torque TE.
  • Time t5 is the time when this torque change control is completed.
  • the time chart of FIG. 4 is the case where the synchronization determination which is the connection timing of the K0 clutch 34 is delayed by the delay time tdelay as in the time charts of FIG. 8 and FIG.
  • step S4 determines whether or not the remaining power storage SOC is less than the full charge determination value SOCmax. to decide. If SOC ⁇ SOCmax, excess torque can be absorbed by regenerative control of motor generator MG, so step S9 and subsequent steps are executed. On the other hand, if SOC ⁇ SOCmax, extra control is performed by regenerative control of motor generator MG. Since torque cannot be absorbed, step S13 and subsequent steps are executed. When the retard control is prohibited in order to prevent catalyst deterioration or the like, step S13 and subsequent steps are executed regardless of the remaining power SOC.
  • the time chart of FIG. 5 is the case where the K0 clutch 34 is connected in the control after step S9
  • the time chart of FIG. 7 is the case where the K0 clutch 34 is connected in the control after step S13.
  • These times t3 in FIGS. 5 and 7 are times when the engine torque TE becomes equal to or lower than the torque-down lower limit value TEmin and the determination in step S4 is NO.
  • the time t2 is between t2 and t3.
  • the engine torque TE is decreased according to the limit torque TEst in the torque down control in step S3, but the control after time t3 is different.
  • step S9 which is executed when the regenerative control of the motor generator MG is possible with SOC ⁇ SOCmax, the engine torque TE is controlled to be the torque down lower limit value TEmin.
  • the K0 clutch 34 is engaged with a torque that is larger than the engine torque TE by a predetermined margin value ⁇ to prevent the direct injection engine 12 from rising above the MG rotational speed NMG.
  • the margin value ⁇ is determined in advance in consideration of an error of the torque down lower limit TEmin and the like.
  • the MG torque is controlled in step S11 so as to cancel this.
  • the motor generator MG is regeneratively controlled as necessary.
  • step S12 synchronization determination is performed in the same manner as in step S5, and step S9 and subsequent steps are repeatedly executed until synchronization is achieved. If NE ⁇ NMG and the determination in step S12 is YES, the K0 engagement control in step S6 and the torque replacement control in step S7 are executed.
  • the time t4 in the time chart of FIG. 5 is the time when the engagement control of the K0 clutch 34 is started in accordance with the synchronization determination. In this case, the command value of the K0 clutch 34 is immediately increased to the maximum value and the K0 clutch 34 is quickly fully engaged.
  • Time t5 is the time when the torque change control in step S7 is completed.
  • the direct injection engine 12 generates torque of the torque-down lower limit value TEmin even when NE ⁇ NMG is synchronized, but the K0 clutch 34 is engaged with the engagement torque of TE + ⁇ in step S10. Therefore, the direct injection engine 12 is prevented from rising beyond the MG rotation speed NMG.
  • step S14 for example, the torque of the direct injection engine 12 is feedback-controlled by throttle control or the like so that the engine rotational speed NE rises to a MG rotational speed NMG that is a synchronous rotational speed with a predetermined gradient.
  • feedback control FB control
  • FB control feedback control
  • step S15 it is determined whether or not the in-cylinder air amount KL has decreased (converged) to a predetermined value or less in the vicinity of the target air amount KLt determined according to the throttle valve opening, and step S13 and subsequent steps until KL ⁇ KLt. Repeatedly.
  • KL ⁇ KLt the engine torque TE is set to 0 in step S16, and then the K0 engagement control in step S6 and the torque replacement control in step S7 are executed.
  • Time t4 in the time chart of FIG. 7 is a time when the convergence determination of KL ⁇ KLt is made and the engagement control of the K0 clutch 34 is started.
  • the engagement torque (K0 torque) of the K0 clutch 34 is expressed as follows.
  • the torque reduction in step S3 is performed.
  • the speed difference (NMG-NE) decreases.
  • Engine torque is reduced.
  • the engine torque TE is reduced in proportion to the speed difference (NMG-NE) so that the engine speed NE is maintained substantially constant when the speed difference (NMG-NE) becomes substantially zero.
  • the blow-up of the direct injection engine 12 and the connection shock are suppressed regardless of the shift of the connection timing of the K0 clutch 34, and the dribbling performance and ride comfort are improved.
  • the engine torque TE is gradually reduced according to the speed difference (NMG-NE)
  • the engine torque TE is uniformly set regardless of the change in the speed difference (NMG-NE) as in the torque down control of FIG.
  • the stall due to the inability to rotate the direct injection engine 12 is properly avoided.
  • the torque down lower limit value TEmin is reached, as shown in the time chart of FIG. 5, the engine torque TE is controlled in accordance with the torque down lower limit value TEmin and the direct injection is performed with the engagement torque (K0 torque) of the K0 clutch 34.
  • the K0 clutch 34 can be appropriately connected so as to prevent fluctuations in the driving force while suppressing the blow-up of the direct injection engine 12.
  • the engine torque TE cannot be reduced in proportion to the speed difference (NMG-NE), and the regenerative control of the motor generator MG cannot be performed when the remaining charge SOC is equal to or greater than the full charge determination value SOCmax
  • the engine torque TE is feedback-controlled based on the engine rotational speed NE, and the in-cylinder air amount KL of the direct injection engine 12 is substantially the same as the target air amount KLt determined according to the throttle valve opening. Since the K0 clutch 34 is connected after waiting for the convergence state, even when the torque cannot be absorbed by the regenerative control by the motor generator MG, the K0 clutch 34 can be appropriately connected while suppressing fluctuations in the driving force.
  • the surge tank pressure is atmospheric pressure and the in-cylinder air amount KL is large, and a large engine torque TE is generated.
  • the surge tank pressure is negative and the in-cylinder air amount KL is small.
  • the torque corresponds to the throttle valve opening (the driver's required output). Therefore, if the K0 clutch 34 is connected in this state, it is not necessary to absorb excess torque.
  • Hybrid vehicle 12 Direct injection engine 34: K0 clutch (clutch) 70: Electronic control unit 80: Engine start control means 82: Engine start means 84: Torque down control means 86: Clutch control means MG: Motor generator (rotation) Machine) TE: engine torque NE: engine rotation speed NMG: MG rotation speed (power transmission path side rotation speed) NMG-NE: speed difference KL: in-cylinder air volume

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Abstract

 直噴エンジン12を着火始動した後にK0クラッチ34を接続する際に、エンジン回転速度NEがMG回転速度NMGに近付くに従ってエンジントルクTEが低下し、それ等の速度差(NMG-NE)が略0になったらエンジン回転速度NEが略一定に維持されるように、速度差(NMG-NE)に比例してエンジントルクTEが低下させられる。このため、K0クラッチ34の接続タイミングのずれに拘らず直噴エンジン12の吹き上がりや接続ショックが抑制され、ドラビリ性能や乗り心地が向上する。また、速度差(NMG-NE)に応じてエンジントルクTEが徐々に低下させられるため、速度差(NMG-NE)の変化に拘らず一律にエンジントルクTEを低下させる場合に比較して、直噴エンジン12の自立回転不能による失速等が適切に回避される。

Description

ハイブリッド車両のエンジン始動時制御装置
 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始動時の制御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同時にまたは別々に駆動力源として用いて走行できるとともに、その直噴エンジンの停止時に何れか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が可能な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。また、着火始動によりエンジン回転速度が上昇し、回転機の回転速度と略同じになったら(同期したら)、クラッチを接続してモータトルクをエンジントルクにすり替えるようになっている。
 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でアシスト(トルク保障)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
 しかしながら、このように着火始動によりエンジン回転速度が上昇し、回転機の回転速度と略同期したらクラッチを接続する場合、その接続タイミングのずれによりエンジンが吹き上がったり、その後のクラッチの係合に伴うエンジン回転速度変化等で接続ショック(駆動力変動)が発生したりして、ドラビリ性能や乗り心地が損なわれる可能性があった。着火始動の場合、クラッチが解放されているか所定のアシストトルクが得られるように比較的小さな係合トルクでスリップ係合しているだけであるため、例えばクラッチを接続する前にエンジンのトルクダウン制御を実施すると、エンジンが自立回転できなくなって失速する恐れがある。これを防止するためにクラッチの係合トルクを大きくすると、回転機によるアシストトルクが大きくなって燃費が損なわれるなど、着火始動によるメリットが阻害される。
 図8および図9は、未だ公知ではないが、図1に示すハイブリッド車両10のエンジン始動時制御に関する各部の作動を説明するタイムチャートの一例である。図8は、時間t1で直噴エンジン12の着火始動が開始され、エンジン回転速度NEが上昇してモータジェネレータMGの回転速度NMGと略同期したらK0クラッチ34を接続する場合に、その接続タイミングの判定時間t2が遅れ時間tdelayだけ遅れた場合で、エンジン回転速度NEのオーバーシュート(吹き上がり)およびその後のK0クラッチ34の係合(K0トルクの上昇)により接続ショック(出力軸トルクの変動)が発生した場合である。また、図9は、K0クラッチ34を接続する前に直噴エンジン12のトルクダウン制御を実施した場合で、接続タイミングの判定時間t2が遅れ時間tdelayだけ遅れることによりエンジン回転速度NEが低下し、その後のK0クラッチ34の係合により接続ショック(出力軸トルクの変動)が発生した場合である。これ等の図中の「K0トルク」は、K0クラッチ34の係合トルクで、破線は指令値、実線は実トルク値である。
 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、着火始動により直噴エンジンを始動した後にクラッチを接続する際のドラビリ性能や乗り心地を改善することにある。
 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同時にまたは別々に駆動力源として用いて走行できるとともに、その直噴エンジンの停止時に何れか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が可能なハイブリッド車両において、(e) 前記直噴エンジンを着火始動した後に前記クラッチを接続する際に、エンジン回転速度がそのクラッチを挟んだ動力伝達経路側回転速度に近付くに従ってエンジントルクが低下するように、そのエンジン回転速度と動力伝達経路側回転速度との速度差に基づいて、その速度差が小さい場合は速度差が大きい場合に比べてエンジントルクを低下させ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始動時制御装置において、前記エンジントルクを前記速度差に応じて低下させることができない場合、前記クラッチの係合トルクで前記直噴エンジンの吹き上がりを抑制することを特徴とする。
 第3発明は、第1発明のハイブリッド車両のエンジン始動時制御装置において、前記エンジントルクを前記速度差に応じて低下させることができない場合、前記直噴エンジンの筒内空気量がスロットル弁開度に応じて定まる安定状態となるまで前記クラッチの接続を待機することを特徴とする。
 第4発明は、第1発明のハイブリッド車両のエンジン始動時制御装置において、前記直噴エンジンを着火始動した後に前記クラッチを接続する際に、エンジン回転速度がそのクラッチを挟んだ動力伝達経路側回転速度に近付くに従ってエンジントルクが低下し、前記速度差が0になったら前記エンジン回転速度が一定に維持されるように、その速度差に応じて前記エンジントルクを低下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始動時制御装置においては、直噴エンジンを着火始動した後にクラッチを接続する際に、エンジン回転速度が動力伝達経路側回転速度に近付くに従ってエンジントルクが低下するように、そのエンジン回転速度と動力伝達経路側回転速度との速度差に基づいて、その速度差が小さい場合は速度差が大きい場合に比べてエンジントルクが低下させられるため、クラッチの接続タイミングのずれに拘らず直噴エンジンの吹き上がりや接続ショックが抑制され、ドラビリ性能や乗り心地が向上する。また、速度差に応じてエンジントルクが低下させられるため、速度差の変化に拘らず一律にエンジントルクを低下させる場合に比較して、直噴エンジンの自立回転不能による失速等が適切に回避される。
 第2発明では、エンジントルクを速度差に応じて低下させることができない場合、例えば遅角制御でエンジントルクを低下させる場合にスロットル弁開度に応じて定まる遅角下限トルクに達した場合等には、クラッチの係合トルクで直噴エンジンの吹き上がりが抑制されるため、直噴エンジンの吹き上がりを抑制しつつ駆動力変動が生じないようにクラッチを適切に接続することができる。
 第3発明では、第2発明と同様にエンジントルクを速度差に応じて低下させることができない場合には、直噴エンジンの筒内空気量がスロットル弁開度に応じて定まる安定状態となるまでクラッチの接続を待機するため、バッテリーの満充電等により回転機の回生制御でトルクを吸収できない場合でも、駆動力変動を抑制しつつクラッチを接続することができる。すなわち、エンジン始動直後はサージタンク等が大気圧で筒内空気量も多く、大きなトルクが発生するが、エンジン作動状態ではサージタンク等が負圧になって筒内空気量が少なくなり、スロットル弁開度(運転者の要求出力)に応じたトルクになるため、その状態でクラッチを接続すれば、余分なトルクを吸収する必要がないのである。
 第4発明では、エンジン回転速度が動力伝達経路側回転速度に近付くに従ってエンジントルクが低下し、それ等のエンジン回転速度と動力伝達経路側回転速度との速度差が0になったらエンジン回転速度が一定に維持されるように、速度差に応じてエンジントルクが低下させられるため、クラッチの接続タイミングのずれに拘らず直噴エンジンの吹き上がりや接続ショックが一層適切に抑制される。
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始動時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のフローチャートのステップS3~S7に従ってエンジン始動時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のフローチャートのステップS3、S4、S8~S12、S6、S7に従ってエンジン始動時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S4のトルクダウン下限値TEminを説明する図である。 図3のフローチャートのステップS3、S4、S8、S13~S16、S6、S7に従ってエンジン始動時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。 着火始動により直噴エンジンを始動した後にクラッチを接続する際の接続タイミングがずれて接続ショックが発生した場合のタイムチャートの一例である。 着火始動により直噴エンジンを始動した後にクラッチを接続する際にトルクダウン制御を行った場合に、接続タイミングがずれて接続ショックが発生した場合のタイムチャートの一例である。
 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(接続、遮断)されるパラレル型等のハイブリッド車両に好適に適用され、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から直噴エンジンを駆動力源として走行するエンジン走行モードまたはエンジン+モータ走行モードへ移行する場合に好適に適用される。少なくともクラッチの動力伝達経路側の部材(回転機の場合を含む)が所定の回転速度で回転している時に、直噴エンジンを着火始動するとともにクラッチを接続する場合には、本発明が適用され得る。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を含む種々の気筒数の直噴エンジンを用いることができる。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。
 回転機は、クラッチを介して直噴エンジンが接続される動力伝達経路に配設されても良く、クラッチを介して回転機と直噴エンジンとが直結されるようになっていても良いが、それ等の回転機と直噴エンジンとの間に変速機構等が介在していても良い。また、直噴エンジンが前輪駆動側の動力伝達経路に接続される場合に回転機を後輪駆動側に配設するなど、直噴エンジンと回転機とを別々の動力伝達経路に配設することも可能である。
 直噴エンジンの着火始動は、少なくとも何れかの気筒が膨張行程で、その膨張行程の気筒内に燃料を噴射して点火することにより始動するもので、着火始動だけで始動する場合でも良いし、クラッチをスリップ係合させて回転機や車両の運動エネルギーで直噴エンジンの回転をアシスト(クランキング)するようになっていても良い。車両の運動エネルギーでアシストする場合も、駆動力変動を抑制する上で回転機によりトルク保障することが望ましい。
 本発明は、例えば第4発明のように、エンジン回転速度が動力伝達経路側回転速度に近付くに従ってエンジントルクが低下し、エンジン回転速度と動力伝達経路側回転速度との速度差が0になったらエンジン回転速度が一定に維持されるように、それ等の速度差(=動力伝達経路側回転速度-エンジン回転速度)に応じてエンジントルクを低下させるトルクダウン制御手段を有し、例えばその速度差に比例してエンジントルクを制御するように構成されるが、速度差に対して非線形に或いは段階的にエンジントルクを変化させるものでも良い。このトルクダウン制御は、応答性に優れた点火時期の遅角制御が適当であるが、スロットル弁等の吸入空気量調節装置を用いて制御することも可能である。「速度差が0になったらエンジン回転速度が一定に維持されるように」する制御は、あくまでも目標で、制御の応答性や誤差によりエンジン回転速度が多少変動しても良く、吹き上がりや失速が防止されるようにエンジントルクを制御すれば良い。エンジン回転速度を一定に維持するためには、基本的にはエンジントルクが0になるようにすれば良く、何らかの負荷がある場合は、エンジン回転速度が略一定に維持されるように、必要に応じてその負荷に対応する所定のエンジントルクを発生させるようにすれば良い。第1発明の実施に際しては、少なくとも速度差が小さくなるに従ってエンジントルクを連続的または段階的に低下させるようになっていれば良い。
 第2発明は、エンジントルクを速度差に応じて低下させることができない場合に、クラッチの係合トルクで直噴エンジンの吹き上がりを抑制するが、その場合には、直噴エンジンが所定のエンジントルクを発生する状態でクラッチを接続することになるため、そのエンジントルクを吸収するために回転機のトルクを低下させたり、クラッチの係合トルクで調整したりすることが望ましい。
 第3発明の安定状態は、スロットル弁開度に応じた目標空気量になることを意味し、必ずしも筒内空気量が略一定になることを意味するものではない。すなわち、スロットル弁開度が運転者の出力要求量(アクセル操作量など)の変化で変化する場合は、目標空気量も変化するため、筒内空気量がその目標空気量と略同じになれば、スロットル弁開度の変化に応じて筒内空気量が変化している場合でも安定状態といえる。
 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節装置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、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、何れかの気筒100のピストン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、例えば圧縮TDCから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。8気筒エンジンの場合、圧縮TDCから80°~100°程度の時にも着火始動が可能であり、上記角度範囲θは直噴エンジン12の気筒数によって相違する。
 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、およびSOCセンサ60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、バッテリー44の蓄電残量SOC、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。SOCセンサ60は、例えばバッテリー44の充電量および放電量を逐次積算して蓄電残量SOCを求めるように構成される。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、エンジン停止制御手段76、およびエンジン始動時制御手段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76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、直噴エンジン12を再始動する際に着火始動が可能なようにクランク軸114の停止位置を調整する。すなわち、K0クラッチ34を遮断して直噴エンジン12の回転を停止させる際に、停止直前或いは停止直後等にK0クラッチ34を一時的にスリップ係合させてクランク軸114を回転させることにより、何れかの気筒100のクランク角度Φが、着火始動が可能な前記角度範囲θ内に入るように調整する。これにより、その後のエンジン始動時に着火始動で始動することが可能となり、モータジェネレータMGによるアシストトルクが低減されて、モータジェネレータMGの小型化や低燃費化を図ることができる。
 エンジン始動時制御手段80は、例えばモータ走行モードからエンジン+モータ走行モード、或いはエンジン走行モードへ切り換えたり、車両停止中に直噴エンジン12を作動させるとともにモータジェネレータMGを回生制御(発電制御ともいう)してバッテリー44を充電したりするために、直噴エンジン12を始動するとともに、K0クラッチ34により動力伝達経路に接続する際の制御を行うものである。このエンジン始動時制御手段80は、機能的にエンジン始動手段82、トルクダウン制御手段84、クラッチ制御手段86、およびトルクすり替え手段88を備えている。
 エンジン始動手段82は、着火始動によって直噴エンジン12を始動するもので、K0クラッチ34をスリップ係合させて直噴エンジン12の回転をアシストしながら着火始動を行う。図4、図5、および図7は、何れもモータ走行モードでの走行中に直噴エンジン12を着火始動する際のタイムチャートで、時間t1が着火始動開始時間であり、膨張行程の気筒100に対する燃料噴射および点火によって着火始動を行うとともに、K0クラッチ34を所定の係合トルク(K0トルク)でスリップ係合させることにより、直噴エンジン12の回転をアシストする。この係合トルクの大きさは、着火始動によって直噴エンジン12を始動できる範囲で、できるだけ低いトルクに定められる。この係合トルク(アシストトルク)と同程度だけモータジェネレータMGのトルク(MGトルク)が高められて駆動力変動が防止されるが、十分に小さいため図では省略されている。エンジン回転速度NEが所定の回転速度まで立ち上がれば、図7に示すようにK0クラッチ34を解放(K0トルク=0)しても良いが、図4および図5では、その後の接続制御の際の応答遅れを考慮してスリップ係合を継続している。
 上記各タイムチャートにおける「K0トルク」の欄の破線は指令値で、実線は実トルク値であるが、K0クラッチ34を完全係合させる最終段階で両者に差があるのは、指令値が最大値(最大油圧)を意味しているのに対して実トルク値はライン圧によって決まるためである。また、「筒内空気量」は、直噴エンジン12の気筒100内の空気量で、サージタンク103内の圧力(サージタンク圧)に対応し、エンジン始動初期には大気圧であることから筒内空気量KLが多く、大きなエンジントルクを発生するが、次第にスロットル弁開度に応じた目標空気量KLtまで低下(収束)し、エンジントルクが安定する。なお、図示は省略するが、車両停止時にバッテリー充電等のために直噴エンジン12を始動する場合は、C1クラッチ18を解放してK0クラッチ34を完全係合させ、モータジェネレータMGにより回転をアシストしながら着火始動を行う。
 ここで、このように直噴エンジン12を着火始動した場合には、エンジン回転速度NEが上昇してモータジェネレータMGの回転速度NMGと略同期(略同じ回転速度)したらK0クラッチ34を接続すれば良いが、同期判定の誤差やK0クラッチ34の油圧の応答遅れなどで接続タイミングがずれると、直噴エンジン12が吹き上がったり、その後のK0クラッチ34の接続に伴うエンジン回転速度NEの変化等で接続ショック(駆動力変動)が発生したりして、ドラビリ性能や乗り心地が損なわれる可能性がある。例えば図8に示すように接続タイミングの判定時間t2が遅れ時間tdelayだけ遅れた場合、エンジン回転速度NEのオーバーシュート(吹き上がり)およびその後のK0クラッチ34の係合により接続ショック(出力軸トルクの変動)が発生する。図9は、エンジン回転速度NEのオーバーシュートを防止するために、K0クラッチ34を接続する前に直噴エンジン12のトルクダウン制御を実施した場合であるが、接続タイミングの判定時間t2が遅れ時間tdelayだけ遅れると、エンジン回転速度NEが低下し、その後のK0クラッチ34の係合により接続ショック(出力軸トルクの変動)が発生する。
 これに対し、本実施例のエンジン始動時制御手段80は、前記トルクダウン制御手段84およびクラッチ制御手段86により、直噴エンジン12の吹き上がりや接続ショックを抑制しつつK0クラッチ34を適切に接続するようになっている。図3は、これ等のトルクダウン制御手段84およびクラッチ制御手段86による信号処理を含むエンジン始動時制御の作動を具体的に説明するフローチャートで、ステップS3、S9、およびS14はトルクダウン制御手段84に相当し、ステップS6およびS10はクラッチ制御手段86に相当する。また、ステップS7はトルクすり替え手段88に相当する。ステップS10は吹き抑制保障手段として機能し、ステップS15は筒内空気量収束判定手段として機能する。
 図3のステップS1では、直噴エンジン12の始動モードがK0クラッチ34のスリップ係合を併用した着火始動か否かを判断する。すなわち、車両停止時にK0クラッチ34を完全係合させて直噴エンジン12を着火始動する場合は、その時点で既にK0クラッチ34が完全に接続されるため、この制御を行う必要がなく、K0クラッチ34をスリップ係合させて着火始動を行った場合にステップS2以下を実行する。ステップS2では、エンジン回転速度NEが上昇して、MG回転速度NMGとの速度差(NMG-NE)が小さくなり、その速度差(NMG-NE)をパラメータとして定められた制限トルクTEst=K(NMG-NE)をエンジントルクTEが超えたか否かを判断する。制限トルクTEstは、トルクダウン制御中のエンジントルクTEであり、定数Kは、エンジン回転速度NEのオーバーシュートや接続ショックを抑制しつつK0クラッチ34を接続できるように予め定められた適合値で、一定値でも良いがMG回転速度NMG等をパラメータとして定められても良い。また、エンジントルクTEとしては、実際の算出値を用いることもできるが、例えば筒内空気量KLだけで予測したエンジントルク推定値(最大トルク)TEfwdを用いるのが簡便である。筒内空気量KLは、サージタンク圧などから求められる。
 エンジントルクTE(実施例では推定値TEfwd)が制限トルクTEst以上になり、ステップS2の判断がYES(肯定)になると、ステップS3のトルクダウン制御を実行する。このトルクダウン制御は、エンジントルクTEを制限トルクTEstすなわちK(NMG-NE)に制限するもので、速度差(NMG-NE)に比例してエンジントルクTEが低下させられる。すなわち、エンジン回転速度NEがMG回転速度NMGに近付くに従ってエンジントルクTEが低下し、エンジン回転速度NEとMG回転速度NMGとが略同じになって速度差(NMG-NE)が略0になると、エンジントルクTEも略0になってエンジン回転速度NEが略一定に維持される。本実施例では、点火時期の遅角制御によってエンジントルクTEが制限トルクTEstに制限される。図4、図5、および図7のタイムチャートの時間t2は、エンジントルクTEが制限トルクTEst以上になり、ステップS3のトルクダウン制御が開始された時間である。本実施例では、MG回転速度NMGが動力伝達経路側回転速度である。
 次のステップS4では、エンジントルクTE〔=K(NMG-NE)〕がトルクダウン下限値TEminより大きいか否かを判断する。このトルクダウン下限値TEminは、点火時期の遅角制御によって制御可能な下限トルク(遅角下限トルク)で、例えば図6に示すようにエンジン回転速度NEおよびスロットル弁開度をパラメータとして定められており、全体として低回転側程高くなり、スロットル弁開度が大きい程高くなる。エンジントルクTE=K(NMG-NE)は負にはならないため、スロットル弁開度が所定値(例えば30%程度)以上の場合にエンジントルクTEがトルクダウン下限値TEmin以下になる可能性がある。そして、TE>TEminの場合は、そのままステップS3のトルクダウン制御を継続できるため、ステップS5以下を実行するが、TE≦TEminの場合は、ステップS3のトルクダウン制御を行うことができないためステップS8以下を実行する。なお、触媒劣化の防止等のために遅角制御が禁止されている場合も、ステップS8以下を実行する。
 ステップS5では、エンジン回転速度NEがMG回転速度NMGと略一致するか否かの同期判定を行い、同期するまでステップS3以下を繰り返し実行する。そして、NE≒NMGとなり、ステップS5の判断がYESになったら、ステップS6でK0クラッチ34を係合制御するとともに、ステップS7でエンジントルクTEとMGトルクとのすり替え制御を行う。図4のタイムチャートは、このようにステップS3~S7を実行してK0クラッチ34が接続された場合で、時間t3は同期判定に伴ってK0クラッチ34の係合制御やトルクすり替え制御が開始された時間である。ステップS6のK0クラッチ34の係合制御は、徐々にK0トルク(油圧)を上昇させるとともに所定の待機トルクで待機し、筒内空気量KLがスロットル弁開度に応じて定まる目標空気量KLtの近傍の所定値以下まで低下したらK0トルクを最大値まで上昇させて完全係合させる。時間t4は、筒内空気量KLが目標空気量KLtの近傍まで低下した時間である。また、ステップS7のトルクすり替え制御は、点火時期の遅角を徐々に戻してエンジントルクTEを徐々に増大させるとともに、そのエンジントルクTEの増大に対応してMGトルクを徐々に低下させる。時間t5は、このトルクすり替え制御が終了した時間である。
 ここで、図4のタイムチャートは、前記図8や図9のタイムチャートと同様に、K0クラッチ34の接続タイミングである同期判定が遅れ時間tdelayだけ遅れた場合であるが、ステップS3のトルクダウン制御によってエンジントルクTEが制限トルクTEst=K(NMG-NE)に制御されることにより、NE≒NMGの同期状態ではエンジントルクTE≒0になる。このため、同期判定が遅れてもエンジン回転速度NEが略一定に維持されて、吹き上がりが抑制されるとともに、その後にK0クラッチ34が係合制御される際の接続ショックが抑制される。
 前記ステップS4の判断がNO(否定)の場合、すなわちエンジントルクTEがトルクダウン下限値TEmin以下になった場合に実行するステップS8では、蓄電残量SOCが満充電判定値SOCmax未満か否かを判断する。そして、SOC<SOCmaxの場合は、モータジェネレータMGの回生制御で余分なトルクを吸収することができるためステップS9以下を実行する一方、SOC≧SOCmaxの場合は、モータジェネレータMGの回生制御で余分なトルクを吸収することができないため、ステップS13以下を実行する。触媒劣化の防止等のために遅角制御が禁止されている時は、蓄電残量SOCに拘らずステップS13以下を実行する。図5のタイムチャートは、ステップS9以下の制御でK0クラッチ34が接続された場合で、図7のタイムチャートは、ステップS13以下の制御でK0クラッチ34が接続された場合である。これ等の図5、図7の時間t3は、エンジントルクTEがトルクダウン下限値TEmin以下になってステップS4の判断がNOになった時間であり、何れの場合も時間t2~t3の間は前記ステップS3のトルクダウン制御でエンジントルクTEが制限トルクTEstに従って低下させられるが、時間t3以後の制御が相違する。
 SOC<SOCmaxでモータジェネレータMGの回生制御が可能な場合に実行するステップS9では、エンジントルクTEを前記トルクダウン下限値TEminとなるように制御する。この場合、NE≒NMGの同期状態になっても、直噴エンジン12は所定のエンジントルクTE=TEminを発生しているため、同期の判定遅れなどでK0クラッチ34の係合制御が遅れると、そのエンジントルクTEによってエンジン回転速度NEがMG回転速度NMGを超えて上昇する可能性がある。このため、次のステップS10では、K0クラッチ34をエンジントルクTEよりも所定の余裕値αだけ大きいトルクで係合させ、直噴エンジン12がMG回転速度NMGを超えて上昇することを防止する。余裕値αは、トルクダウン下限値TEminの誤差等を考慮して予め一定値が定められる。この場合、その係合トルクの範囲でエンジントルクTEがK0クラッチ34を介して動力伝達経路に伝達されるため、これを相殺するようにステップS11でMGトルクを制御する。この場合、必要に応じてモータジェネレータMGを回生制御する。
 次のステップS12では、前記ステップS5と同様にして同期判定を行い、同期するまでステップS9以下を繰り返し実行する。そして、NE≒NMGとなり、ステップS12の判断がYESになったら、前記ステップS6のK0係合制御およびステップS7のトルクすり替え制御を実行する。図5のタイムチャートの時間t4は、同期判定に伴ってK0クラッチ34の係合制御が開始された時間で、この場合には、K0クラッチ34の指令値を直ちに最大値まで上昇させてK0クラッチ34を速やかに完全係合させる。また、時間t5は、ステップS7のトルクすり替え制御が終了した時間である。
 図5のタイムチャートは、前記図8や図9のタイムチャートと同様に、K0クラッチ34の接続タイミングである同期判定が遅れ時間tdelayだけ遅れた場合で、ステップS9でTE=TEminに制御されることにより、NE≒NMGの同期状態になっても直噴エンジン12はそのトルクダウン下限値TEminのトルクを発生しているが、ステップS10でK0クラッチ34がTE+αの係合トルクで係合させられるため、直噴エンジン12がMG回転速度NMGを超えて上昇することが防止される。また、ステップS11では、そのエンジントルクTE(=TEmin)を相殺するようにMGトルクが調整される。これにより、同期判定遅れに拘らず、直噴エンジン12の吹き上がりが防止されるとともに、その後にK0クラッチ34が係合制御される際の接続ショックが抑制される。
 前記ステップS8の判断がNOの場合、すなわちSOC≧SOCmaxでモータジェネレータMGの回生制御が不可の場合に実行するステップS13では、K0クラッチ34を解放(K0トルク=0)する。また、ステップS14では、例えばエンジン回転速度NEが同期回転速度であるMG回転速度NMGまで所定の勾配で上昇するように、スロットル制御等により直噴エンジン12のトルクをフィードバック制御する。ここでは、エンジンストールしないように比較的小さな追従速度でフィードバック制御(FB制御)する。これにより、直噴エンジン12の吹き上がりが抑制される。また、K0クラッチ34が解放されているため、エンジントルクTEによって駆動力変動が生じる恐れはない。
 ステップS15では、筒内空気量KLがスロットル弁開度に応じて定まる目標空気量KLtの近傍の所定値以下まで低下(収束)したか否かを判断し、KL≒KLtになるまでステップS13以下を繰り返し実行する。そして、KL≒KLtになったらステップS16でエンジントルクTE=0とし、その後、前記ステップS6のK0係合制御およびステップS7のトルクすり替え制御を実行する。図7のタイムチャートの時間t4は、KL≒KLtの収束判定が為されてK0クラッチ34の係合制御が開始された時間であり、ここでは、K0クラッチ34の係合トルク(K0トルク)を所定の勾配で上昇させ、ある程度のトルクを持つようになる所定のタイミングで完全係合させる。また、K0クラッチ34が所定のトルクを持つようになり、エンジン回転速度NEの吹き上がりが防止されるようになったら(時間t5)、ステップS7のトルクすり替え制御を開始する。時間t6は、このトルクすり替え制御が終了した時間である。
 このように、本実施例のエンジン始動時制御手段80による直噴エンジン12の始動時の制御においては、直噴エンジン12を着火始動した後にK0クラッチ34を接続する際に、ステップS3のトルクダウン制御が行われ、図4のタイムチャートに示すように、エンジン回転速度NEがMG回転速度NMGに近付くに従ってエンジントルクTEが低下するように、それ等の速度差(NMG-NE)が小さくなるに従ってエンジントルクが低下させられる。特に、速度差(NMG-NE)が略0になったらエンジン回転速度NEが略一定に維持されるように、速度差(NMG-NE)に比例してエンジントルクTEが低下させられる。このため、K0クラッチ34の接続タイミングのずれに拘らず直噴エンジン12の吹き上がりや接続ショックが抑制され、ドラビリ性能や乗り心地が向上する。また、速度差(NMG-NE)に応じてエンジントルクTEが徐々に低下させられるため、例えば図9のトルクダウン制御のように速度差(NMG-NE)の変化に拘らず一律にエンジントルクTEを低下させる場合に比較して、直噴エンジン12の自立回転不能による失速等が適切に回避される。
 また、エンジントルクTEを速度差(NMG-NE)に比例して低下させることができない場合、すなわちステップS3のトルクダウン制御による制限トルクTEst=K(NMG-NE)が、遅角下限トルクであるトルクダウン下限値TEminに達した場合には、図5のタイムチャートに示すように、エンジントルクTEをそのトルクダウン下限値TEminに従って制御するとともにK0クラッチ34の係合トルク(K0トルク)で直噴エンジン12の吹き上がりを抑制するため、直噴エンジン12の吹き上がりを抑制しつつ駆動力変動が生じないようにK0クラッチ34を適切に接続することができる。
 また、エンジントルクTEを速度差(NMG-NE)に比例して低下させることができない場合で、且つ蓄電残量SOCが満充電判定値SOCmax以上でモータジェネレータMGを回生制御できない場合には、図7に示すように、エンジン回転速度NEに基づいてエンジントルクTEをフィードバック制御するとともに、直噴エンジン12の筒内空気量KLがスロットル弁開度に応じて定まる目標空気量KLtと略同じになる収束状態まで待ってK0クラッチ34を接続するため、モータジェネレータMGによる回生制御でトルクを吸収できない場合でも、駆動力変動を抑制しつつK0クラッチ34を適切に接続することができる。すなわち、エンジン始動直後はサージタンク圧が大気圧で筒内空気量KLも多く、大きなエンジントルクTEが発生するが、エンジン作動状態ではサージタンク圧が負圧になって筒内空気量KLが少なくなり、スロットル弁開度(運転者の要求出力)に応じたトルクになるため、その状態でK0クラッチ34を接続すれば、余分なトルクを吸収する必要がないのである。
 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(クラッチ)  70:電子制御装置  80:エンジン始動時制御手段  82:エンジン始動手段  84:トルクダウン制御手段  86:クラッチ制御手段  MG:モータジェネレータ(回転機)  TE:エンジントルク  NE:エンジン回転速度  NMG:MG回転速度(動力伝達経路側回転速度)  NMG-NE:速度差  KL:筒内空気量

Claims (4)

  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同時にまたは別々に駆動力源として用いて走行できるとともに、該直噴エンジンの停止時に何れかの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が可能なハイブリッド車両において、
     前記直噴エンジンを着火始動した後に前記クラッチを接続する際に、エンジン回転速度が該クラッチを挟んだ動力伝達経路側回転速度に近付くに従ってエンジントルクが低下するように、該エンジン回転速度と該動力伝達経路側回転速度との速度差に基づいて、該速度差が小さい場合は該速度差が大きい場合に比べて該エンジントルクを低下させる
     ことを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動時制御装置。
  2.  前記エンジントルクを前記速度差に応じて低下させることができない場合、前記クラッチの係合トルクで前記直噴エンジンの吹き上がりを抑制する
     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始動時制御装置。
  3.  前記エンジントルクを前記速度差に応じて低下させることができない場合、前記直噴エンジンの筒内空気量がスロットル弁開度に応じて定まる安定状態となるまで前記クラッチの接続を待機する
     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始動時制御装置。
  4.  前記直噴エンジンを着火始動した後に前記クラッチを接続する際に、エンジン回転速度が該クラッチを挟んだ動力伝達経路側回転速度に近付くに従ってエンジントルクが低下し、前記速度差が0になったら前記エンジン回転速度が一定に維持されるように、該速度差に応じて前記エンジントルクを低下させる
     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始動時制御装置。
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