WO2014196572A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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internal combustion
combustion engine
crank angle
cylinder
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河合 高志
光正 福村
寛 杉村
前田 聡司
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トヨタ自動車株式会社
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    • Y10S903/902Prime movers comprising electrical and internal combustion motors
    • Y10S903/903Prime movers comprising electrical and internal combustion motors having energy storing means, e.g. battery, capacitor

Definitions

  • the present invention relates to a control device applied to a three-cylinder internal combustion engine in which an electric motor is connected to a crankshaft so that power can be transmitted.
  • Patent Document 1 A control device that is applied to an internal combustion engine mounted on a hybrid vehicle and that stops the internal combustion engine at a target stop crank angle by reducing the number of revolutions of the internal combustion engine with a motor / generator when the internal combustion engine is stopped is known ( Patent Document 1).
  • Patent Documents 2 to 4 exist as prior art documents related to the present invention.
  • the vicinity of the top dead center of the compression stroke is set as the target stop crank angle.
  • control is not performed so that a specific cylinder set in advance when the internal combustion engine is stopped becomes the compression stroke. Therefore, there is a possibility that the cylinder that becomes the compression stroke when the internal combustion engine is stopped is different every time.
  • Patent Documents 3 and 4 in a three-cylinder internal combustion engine, a plowing motion occurs, and this plowing motion causes vibration at the time of starting. The phase of the plowing motion changes according to the cylinder that first applies torque to the crankshaft at the start. Therefore, in the apparatus of Patent Document 1, there is a possibility that a large vibration is generated at the time of starting.
  • an object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can reduce vibration at the time of starting.
  • the control device of the present invention is a control device applied to a three-cylinder internal combustion engine that is mounted on a vehicle and has a motor connected to a crankshaft so that power can be transmitted, and a preset specific cylinder has a compression stroke or an expansion stroke.
  • the internal combustion engine is stopped so that the specific cylinder is in the compression stroke or the expansion stroke. Therefore, at the next start, the internal combustion engine in a state where the specific cylinder is in the compression stroke or the expansion stroke is cranked. Will do.
  • the vibration component that is expected to be generated by the rotation of the crankshaft and the vibration component that is generated due to the plowing motion weaken each other, so that vibration at the time of starting can be reduced.
  • control means is configured to control the internal combustion engine when a predetermined engine stop condition is satisfied and the crank angle of the internal combustion engine is within a predetermined determination crank angle range.
  • Rotation speed reduction control for stopping combustion and then outputting torque from the electric motor to reduce the rotation speed of the crankshaft is executed, and the crank angle of the internal combustion engine is the determination crank angle range as the determination crank angle range.
  • a crank angle range in which the internal combustion engine stops in a state where the specific cylinder is in a compression stroke or an expansion stroke may be set by starting the rotation speed reduction control when the engine is within the range. By executing the rotation speed reduction control in this manner, the internal combustion engine can be stopped while the specific cylinder is in the compression stroke or the expansion stroke.
  • the vehicle is provided with an operation switch for the driver to instruct the vehicle to run with priority on fuel consumption, and the control means stops the engine when the operation switch is off.
  • the condition is satisfied and the crank angle of the internal combustion engine is within the determination crank angle range
  • the combustion of the internal combustion engine is stopped, and then the rotation speed reduction control is executed, and the operation switch is turned on. May stop the combustion of the internal combustion engine when the engine stop condition is satisfied, and then execute the rotation speed reduction control.
  • the operation switch is on, the combustion of the internal combustion engine is stopped even if the crank angle is not within the determination crank angle range when the engine stop condition is satisfied. Therefore, fuel consumption can be improved.
  • the control means stops combustion of the internal combustion engine when a predetermined engine stop condition is satisfied, and then outputs torque from the electric motor to reduce the rotational speed of the crankshaft.
  • the rotational speed control to be reduced is executed, and the magnitude of the torque output from the electric motor in the rotational speed control is set so that the specific cylinder is in the compression stroke or expansion stroke state when the internal combustion engine is stopped. May be.
  • FIG. 1 schematically shows a hybrid vehicle 1.
  • vehicle 1 includes an internal combustion engine (hereinafter may be referred to as an engine) 11, a first motor / generator (hereinafter also referred to as a first MG) 12, and a second motor / generator (hereinafter referred to as a first motor / generator). 2MG) .13).
  • the engine 11 includes three cylinders 11a arranged in a row. That is, the engine 11 is configured as an in-line three-cylinder four-cycle internal combustion engine.
  • the cylinders 11a are assigned cylinder numbers # 1 to # 3 from one end to the other end in the arrangement direction to distinguish them from each other.
  • the explosion interval of each cylinder 11a is shifted by 240 ° CA (meaning the crank angle), thereby realizing an equidistant explosion every 240 ° CA.
  • the explosion order in the engine 11 is the order of # 1, # 2, and # 3.
  • the first MG 12 and the second MG 13 are well-known motor generators that function as an electric motor and a generator.
  • the first MG 12 includes a rotor 12b that rotates integrally with the output shaft 12a, and a stator 12c that is coaxially disposed on the outer periphery of the rotor 12b and fixed to a case (not shown).
  • the second MG 13 includes a rotor 13b that rotates integrally with the output shaft 13a, and a stator 13c that is coaxially disposed on the outer periphery of the rotor 13b and fixed to the case.
  • the crankshaft 40 of the engine 11 and the output shaft 12a of the first MG 12 are connected to the power split mechanism 14.
  • An output unit 15 for transmitting power to the drive wheels 2 of the vehicle 1 is also connected to the power split mechanism 14.
  • the output unit 15 includes a first drive gear 16, a counter gear 18 that meshes with the first drive gear 16 and is fixed to the counter shaft 17, and an output gear 19 that is fixed to the counter shaft 17.
  • the output gear 19 meshes with a ring gear 20 a provided in the case of the differential mechanism 20.
  • the differential mechanism 20 is a well-known mechanism that distributes the power transmitted to the ring gear 20 a to the left and right drive wheels 2. In FIG. 1, only one of the left and right drive wheels 2 is shown.
  • the power split mechanism 14 includes a planetary gear mechanism 21 as a differential mechanism.
  • the planetary gear mechanism 21 is a single pinion type planetary gear mechanism, and includes a sun gear Su, a ring gear Ri, a pinion gear Pi, and a carrier Ca.
  • the sun gear Su is an external gear.
  • the ring gear Ri is an internal gear disposed coaxially with the sun gear Su.
  • the pinion gear Pi meshes with each of the sun gear Su and the ring gear Ri.
  • the carrier Ca holds the pinion gear Pi so as to be capable of rotating and revolving around the sun gear Su.
  • the sun gear Su is connected to the output shaft 12a of the first MG 12.
  • the carrier Ca is connected to the crankshaft 40 of the engine 11.
  • the ring gear Ri is connected to the first drive gear 16.
  • a second drive gear 22 is provided on the output shaft 13a of the second MG 13.
  • the second drive gear 22 meshes with the counter gear 18.
  • the first MG 12 and the second MG 13 are electrically connected to the battery 23 via an inverter and a boost converter (not shown).
  • the operations of the engine 11, the first MG 12, and the second MG 13 are controlled by the vehicle control device 30.
  • the vehicle control device 30 is configured as a computer unit including a microprocessor and peripheral devices such as RAM and ROM necessary for its operation.
  • the vehicle control device 30 holds various control programs for causing the vehicle 1 to travel appropriately.
  • the vehicle control device 30 executes control of the control target such as the engine 11 and the MGs 12 and 13 by executing these programs.
  • Various sensors for acquiring information related to the vehicle 1 are connected to the vehicle control device 30. For example, a vehicle speed sensor 31 and a crank angle sensor 32 are connected to the vehicle control device 30.
  • the vehicle speed sensor 31 outputs a signal corresponding to the speed (vehicle speed) of the vehicle 1.
  • the crank angle sensor 32 outputs a signal corresponding to the crank angle of the engine 11.
  • an ECO switch 33 is connected to the vehicle control device 30.
  • the ECO switch 33 is a switch used by the driver to instruct the vehicle control device 30 to perform fuel consumption travel that prioritizes suppression of fuel consumption.
  • An ON signal is output from the ECO switch 33 when the ECO switch 33 is ON, and an OFF signal is output when it is OFF.
  • various sensors, switches, and the like are connected to the vehicle control device 30, but these are not shown.
  • the vehicle control device 30 stops the engine 11 by stopping the fuel supply to each cylinder 11 a when a predetermined engine stop condition is satisfied during the operation of the engine 11. Further, when a predetermined engine start condition is satisfied when engine 11 is stopped, vehicle control device 30 cranks engine 11 at first MG 12 and starts it. In the vehicle 1, the vehicle 1 is driven only by the second MG 13 when the vehicle speed is less than a predetermined determination speed set in advance. On the other hand, when the vehicle speed is equal to or higher than the determination speed, the vehicle 1 is driven by both the engine 11 and the second MG 13. Therefore, it is determined that the engine stop condition is satisfied, for example, when the vehicle speed is less than the determination speed. Further, it is determined that the engine start condition is satisfied, for example, when the vehicle speed is equal to or higher than the determination speed.
  • the vehicle control device 30 reduces the rotational speed of the engine 11 with the first MG 12 when stopping the engine 11. At this time, the vehicle control device 30 adjusts the output torque of the first MG 12 so that the engine 11 stops in a state where the preset specific cylinder is in the compression stroke. By stopping the engine 11 in this manner, the cylinder that is initially in the compression stroke when starting can be made the same every time.
  • a cylinder that can suppress vibration during cranking of the engine 11 is set as the specific cylinder.
  • FIG. 2 schematically shows the crankshaft 40, the piston 41, and the connecting rod 42 of the engine 11.
  • the piston 41 and the connecting rod 42 are provided for each cylinder 11a.
  • Piston 41 is inserted in each cylinder 11a so that reciprocation is possible.
  • the connecting rod 42 connects the piston 41 and the crankshaft 40.
  • the direction of the rotation axis of the crankshaft 40 is defined as the Y axis.
  • the direction in which the piston 41 reciprocates is defined as the Z direction.
  • a direction orthogonal to each of the Y axis and the Z axis is defined as an X axis.
  • the vibration around the X axis is pitch vibration.
  • the vibration around the Y axis is roll vibration
  • the vibration around the Z axis is yaw vibration.
  • the crankshaft 40 includes four journal portions 40a arranged in the Y-axis direction, three crankpins 40b positioned between the journal portions 40a, and a crank that connects the journal portions 40a and the crankpins 40b. Arm 40c.
  • the crankshaft 40 is provided with a counterweight 40d.
  • the counterweight 40d extends from the crank arm 40c to the opposite side of the crankpin 40b. In FIG. 2, the counterweight 40d is not shown. Also in FIG. 5, the illustration of the counterweight 40d of the cylinder 11a of # 2 is omitted.
  • These components of the crankshaft 40 are integrally formed by casting or the like.
  • the three crank pins 40b are provided with a 120 degree shift around the Y axis.
  • the connecting rod 42 connects the crank pin 40 b and the piston 41.
  • the vibration generated in the vehicle 1 when the engine 11 is cranked includes a plurality of vibration components.
  • the plurality of vibration components include a vibration component generated by rotation of the crankshaft 40 (hereinafter, also referred to as a crankshaft vibration component) and a vibration component generated by a plowing motion of the engine 11 (hereinafter referred to as a plowing). May be referred to as a motion vibration component).
  • each crank pin 40 b is provided at a position separated from the rotation axis of the crank shaft 40 by the length of the crank arm 40 c.
  • the crankshaft 40 is provided with a counterweight 40d.
  • the crank arm 40c and the counterweight 40d are arranged at a distance S apart from each other in the Y-axis direction. Therefore, when the crankshaft 40 is driven to rotate, the crankpin 40b and the counterweight 40d rotate, and vibrations are generated.
  • the crankshaft vibration component is this vibration.
  • torque is input from the first MG 12 to the crankshaft 40.
  • crankshaft vibration component is assumed when the torque applied to the crankshaft 40 during cranking of the engine 11 is applied to the crankshaft 40 with the piston 41 and the connecting rod 42 of each cylinder 11a removed. This vibration is expected to occur in the engine 11.
  • the top diagram of FIG. 8 shows an example of the time change of the crankshaft vibration component.
  • each crank pin 40b is provided at a position separated from the rotational axis of the crankshaft 40 by the length of the crank arm 40c. Therefore, when the crankshaft 40 is driven to rotate, a moment based on the inertial force and the length of the crank arm 40c when the piston 41 of each cylinder 11a reciprocates is generated in the crankshaft 40. Further, as shown in FIG. 2, the crank pins 40b are provided by being shifted by 120 degrees. Therefore, as shown in an example in FIG. 4, the force in the Z-axis direction generated on the crankshaft 40 becomes unbalanced. Therefore, as shown in FIG. 3, pitch vibration is generated in the engine 11.
  • a counterweight 40d is provided in order to reduce the moment generated by such a crankpin 40b.
  • the weight of the counterweight 40d is set to a weight obtained by adding half the weight of the piston 41 and half the weight of the connecting rod 42 to the weight of the crank pin 40b. . That is, in the engine 11, a so-called overbalance rate is set to 50%.
  • a so-called overbalance rate is set to 50%.
  • the force Px in the X-axis direction is a force that vibrates the engine 11 in the X-axis direction.
  • the force Px in the X-axis direction of the counterweight 40d of the # 1 cylinder 11a and the force Px in the X-axis direction of the counterweight 40d of the # 3 cylinder 11a act in opposite directions.
  • a couple is generated in the X-axis direction
  • yaw vibration is generated in the engine 11.
  • FIG. 7 shows the relationship between the couple in the X-axis direction generated by the engine 11 and the crank angle.
  • the couple in the X-axis direction changes at a 360 ° CA cycle.
  • the compression stroke of each cylinder 11a is shifted by 240 ° CA. Therefore, the phase of the couple in the X-axis direction changes depending on which of the three cylinders 11a is the cylinder that is initially in the compression stroke when the engine 11 is started.
  • the middle diagram of FIG. 8 shows an example of the temporal change of the plow motion vibration component.
  • the solid line L1 in this figure shows the temporal change of the pricking vibration component when the # 1 cylinder 11a is initially in the compression stroke at the start.
  • the solid line L2 in this figure shows the temporal change of the pricking vibration component when the # 2 cylinder 11a is first in the compression stroke at the start.
  • the solid line L3 in this figure shows the change over time of the pricking vibration component when the # 3 cylinder 11a is first in the compression stroke at the time of starting.
  • the bottom diagram of FIG. 8 shows the vibration obtained by synthesizing the crankshaft vibration component and the pruning vibration component.
  • the solid line L4 in this figure indicates the combined vibration of the crankshaft vibration component and the pricking vibration component when the # 1 cylinder 11a is initially in the compression stroke at the start.
  • the solid line L5 in this figure indicates the vibration obtained by combining the crankshaft vibration component and the pruning vibration component when the # 2 cylinder 11a is initially in the compression stroke at the start.
  • the solid line L6 in this figure shows the vibration obtained by synthesizing the crankshaft vibration component and the pruning vibration component when the # 3 cylinder 11a is initially in the compression stroke at the start.
  • the phase of the sawtooth vibration component when the # 2 cylinder 11a is first in the compression stroke at the start is almost opposite to the phase of the crankshaft vibration component. Therefore, as shown in the bottom diagram of FIG. 8, the vibration obtained by synthesizing the pruning vibration component and the crankshaft vibration component when the # 2 cylinder 11a is first in the compression stroke at the start is the most. Get smaller. Therefore, in the engine 11, the # 2 cylinder 11a is set as a specific cylinder. As shown in this figure, in the engine 11, the phase of the pricking vibration component when the # 3 cylinder 11a is first in the compression stroke at the time of starting is substantially the same as the phase of the crankshaft vibration component. Therefore, in this case, the vibration of the vehicle 1 increases.
  • the vehicle control device 30 reduces the rotational speed of the engine 11 with the first MG 12. At this time, the vehicle control device 30 changes the control of the first MG 12 according to the rotational speed of the engine 11.
  • rotation speed reduction control, alignment control, torque release control, and reverse rotation prevention control are provided. These controls are executed in the order of rotational speed reduction control, alignment control, torque release control, and reverse rotation prevention control.
  • Rotational speed reduction control is executed when the crank angle falls within a predetermined judgment crank angle range set in advance.
  • the predetermined determination crank angle range is set to a crank angle range in which the engine 11 stops when the # 2 cylinder 11a is in the compression stroke when the above-described controls are executed from this crank angle range. Note that such a crank angle range may be obtained in advance by experiments, numerical calculations, etc., and stored in the ROM of the vehicle control device 30.
  • the rotation speed reduction control is executed until the rotation speed of the engine 11 becomes equal to or lower than a predetermined first determination rotation speed N1.
  • the first determination rotation speed N1 is a rotation speed at which the alignment control is started. When the rotational speed of the engine 11 becomes equal to or lower than the first determination rotational speed N1, the alignment control is started.
  • torque is output from the first MG 12 so that the crankshaft 40 has a predetermined target crank angle set in advance when the engine 11 is stopped.
  • the target crank angle is set such that the # 2 cylinder 11a is near the top dead center of the compression stroke.
  • Alignment control is executed until the rotational speed of the engine 11 is equal to or lower than a predetermined second determination rotational speed N2.
  • the second determination rotational speed N2 is a rotational speed at which torque release control is started.
  • torque release control is started. In this torque release control, the torque of the first MG 12 is reduced to zero.
  • the torque release control is executed until the rotational speed of the engine 11 becomes equal to or lower than the third determination rotational speed N3.
  • the third determination rotational speed N3 is a rotational speed at which reverse rotation prevention control is started.
  • the magnitude relationship among the first determination rotation speed N1, the second determination rotation speed N2, and the third determination rotation speed N3 is N3 ⁇ N2 ⁇ N1 ⁇ idle rotation speed.
  • reverse rotation prevention control When the rotational speed of the engine 11 is equal to or lower than the third determination rotational speed N3, reverse rotation prevention control is executed.
  • torque is applied from the first MG 12 so that the crankshaft 40 does not rotate in the reverse rotation direction opposite to the normal rotation direction that rotates during operation of the engine 11 and the crankshaft 40 stops at the target crank angle. Output.
  • This reverse rotation prevention control is executed until the engine 11 is stopped. When the engine 11 stops, the first MG 12 is also stopped.
  • FIG. 9 and 10 show an engine stop control routine executed by the vehicle control device 30 to control the first MG 11 as described above.
  • FIG. 10 is a control routine following FIG. This control routine is repeatedly executed at a predetermined cycle while the engine 11 is operating. In addition, this control routine is executed in parallel with other control routines executed by the vehicle control device 30. By executing this control routine, the vehicle control device 30 functions as the control means of the present invention.
  • the vehicle control device 30 first acquires the state of the vehicle 1 in step S11. As the state of the vehicle 1, the vehicle speed and the crank angle are acquired. Further, in this process, based on the output signal of the crank angle sensor 32, the rotational speed of the engine 11 and the cylinder number of the cylinder 11a currently in the compression stroke are also acquired. If none of the three cylinders 11a is in the compression stroke, the cylinder number of the cylinder 11a that was in the compression stroke immediately before is acquired. In the next step S12, the vehicle control device 30 determines whether or not the engine stop condition described above is satisfied. If it is determined that the engine stop condition is not satisfied, the current control routine is terminated.
  • step S13 determines whether or not the crank angle is within the predetermined determination crank angle range described above. When it is determined that the crank angle is outside the determination crank angle range, this process is repeatedly executed until the crank angle falls within the determination crank angle range.
  • step S14 the vehicle control device 30 executes the combustion stop control. In this combustion stop control, the fuel supply to the engine 11 is stopped, and the combustion of the engine 11 is stopped.
  • step S15 the vehicle control device 30 sets the rotational speed reduction torque based on the rotational speed of the engine 11 when the combustion is stopped.
  • This rotational speed reduction torque is a torque output from the first MG 12 in order to rapidly reduce the rotational speed of the engine 11.
  • This relationship may be obtained in advance by experiments, numerical calculations, etc. and stored in the ROM of the vehicle control device 30 as a map. Then, the rotational speed reduction torque may be set based on this map and the rotational speed of the engine 11.
  • the vehicle control device 30 executes the rotational speed reduction control.
  • this rotational speed reduction control the set rotational speed reduction torque is output from the first MG 12 to reduce the rotational speed of the engine 11.
  • the vehicle control device 30 determines whether or not the rotational speed of the engine 11 has become equal to or lower than the first determination rotational speed N1. When it determines with the rotation speed of the engine 11 being higher than the 1st determination rotation speed N1, it returns to step S16, and the vehicle control apparatus 30 performs step S16 and S17 until the rotation speed of the engine 11 becomes below the 1st determination rotation speed N1. Run repeatedly.
  • step S18 when it determines with the rotation speed of the engine 11 having become below 1st determination rotation speed N1, it progresses to step S18, and the vehicle control apparatus 30 determined with the rotation speed of the engine 11 having become below 1st determination rotation speed N1.
  • the alignment torque is set based on the crank angle at the time (hereinafter sometimes referred to as the first crank angle).
  • This alignment torque is a torque that is output from the first MG 12 so that the crankshaft 40 has the above-described target crank angle when the engine 11 becomes equal to or lower than the predetermined rotation speed. It is assumed that the rotation speed reduction torque is continuously output from the first MG 12 until the rotation speed of the engine 11 changes from the first determination rotation speed N1 to the second determination rotation speed N2.
  • the first crank angle at which the crank angle when the engine 11 is stopped becomes the target crank angle is determined according to the target crank angle and the specifications of the engine 11.
  • a first crank angle may be referred to as a first reference crank angle.
  • the relationship between the difference between the first crank angle and the first reference crank angle and the alignment torque may be obtained in advance by experiment, numerical calculation, or the like and stored in the ROM of the vehicle control device 30 as a map. Then, the alignment torque may be set based on this map and the first crank angle.
  • the vehicle control device 30 executes alignment control.
  • this alignment control a torque obtained by adding the rotation speed reduction torque and the alignment torque is output from the first MG 12.
  • the vehicle control device 30 determines whether or not the rotational speed of the engine 11 has become equal to or lower than the second determination rotational speed N2. When it determines with the rotation speed of the engine 11 being higher than the 2nd determination rotation speed N2, it returns to step S19, and the vehicle control apparatus 30 performs step S19 and S20 until the rotation speed of the engine 11 becomes below the 2nd determination rotation speed N2. Run repeatedly.
  • step S21 when it determines with the rotation speed of the engine 11 having become below 2nd determination rotation speed N2, it progresses to step S21 and the vehicle control apparatus 30 performs torque release control.
  • the first MG 12 is controlled so that the torque of the first MG 12 decreases at a preset torque release rate.
  • a torque release rate suitably so that the torque of 1st MG12 may not fall rapidly.
  • the vehicle control device 30 determines whether or not the rotational speed of the engine 11 has become equal to or lower than the third determination rotational speed N3.
  • step S21 When it determines with the rotation speed of the engine 11 being higher than the 3rd determination rotation speed N3, it returns to step S21, and the vehicle control apparatus 30 performs step S21 and S22 until the rotation speed of the engine 11 becomes below the 3rd determination rotation speed N3. Run repeatedly.
  • step S23 the vehicle control device 30 determines the crank angle when the torque of the first MG 12 becomes zero (hereinafter, referred to as the second The reverse rotation prevention torque is set based on the crank angle.
  • This reverse rotation prevention torque is a torque output from the first MG 12 in order to stop the crankshaft 40 at the target crank angle while preventing the crankshaft 40 from rotating in the reverse direction. It is assumed that the output torque of the first MG 12 is zero until the rotation speed of the engine 11 becomes zero from the third determination rotation speed N3.
  • the second crank angle at which the crank angle when the engine 11 is stopped becomes the target crank angle is determined according to the target crank angle and the specifications of the engine 11.
  • a second crank angle may be referred to as a second reference crank angle.
  • the reverse rotation prevention torque is set to a larger value as the difference between the second crank angle and the second reference crank angle is larger.
  • the relationship between the difference between the second crank angle and the second reference crank angle and the reverse rotation prevention torque may be obtained in advance by experiment, numerical calculation, or the like and stored in the ROM of the vehicle control device 30 as a map. Then, the reverse rotation prevention torque may be set based on this map and the second crank angle.
  • step S24 the vehicle control device 30 executes reverse rotation prevention control.
  • this reverse rotation prevention control the set reverse rotation prevention torque is output from the first MG 12.
  • step S25 the vehicle control device 30 determines whether or not the engine 11 has stopped, that is, whether or not the rotational speed of the engine 11 has become zero. When it determines with the engine 11 not having stopped, it returns to step S24, and the vehicle control apparatus 30 repeatedly performs step S24 and S25 until the engine 11 stops.
  • step S26 when it determines with the engine 11 having stopped, it progresses to step S26 and the vehicle control apparatus 30 performs 1st MG stop control.
  • the output torque of the first MG 12 is set to zero and the first MG 12 is stopped. Thereafter, the current control routine is terminated.
  • FIG. 11 shows the rotation speed of the engine 11, the cylinder 11a that is currently in the compression stroke, or the cylinder 11a that has been in the compression stroke immediately before when the engine 11 is stopped by executing this engine stop control routine.
  • An example of the time change of the number, the torque of the first MG 12, and the crank angle is shown.
  • the torque output from the first MG 12 when the first MG 12 is rotated in the forward direction is shown as a positive torque
  • the torque output from the first MG 12 when the first MG 12 is rotated in the reverse direction Is shown as a negative torque.
  • the engine stop condition is satisfied at time t1, and the engine speed reduction control is executed.
  • the rotational speed reduction torque is output from the first MG 12, and the rotational speed of the engine 11 is reduced.
  • the alignment control is executed.
  • the # 2 cylinder 11a when the engine 11 is stopped, the # 2 cylinder 11a is in the compression stroke, so every time the engine is started, the # 2 cylinder 11a is in the compression stroke first. .
  • the pruning motion vibration component when the # 2 cylinder 11a is in the compression stroke at the time of start-up, the pruning motion vibration component is almost in reverse phase with the crankshaft vibration component. In this case, since these vibration components weaken each other, the vibration of the vehicle 1 at the time of starting can be reduced.
  • the # 2 cylinder 11a is set as the specific cylinder, but the specific cylinder is not limited to this cylinder.
  • the cylinder 11a in which the plowing motion vibration component at the time of starting is substantially in phase with the crankshaft vibration component is set as the specific cylinder.
  • Such a cylinder 11a changes according to the specifications of the engine 11, the specifications of the power split mechanism 14, and the like. Therefore, such a cylinder 11a may be specified by experiment, numerical calculation, or the like, and the cylinder 11a may be set as a specific cylinder.
  • the specific cylinder is in the compression stroke state when the engine 11 is stopped.
  • the state of the specific cylinder when the engine 11 is stopped is not limited to this state.
  • an internal combustion engine in which fuel is sealed in a cylinder 11a that is in an expansion stroke when the engine 11 is stopped, and the engine 11 is started by igniting the fuel at the next start.
  • the engine 11 may be stopped while the specific cylinder is in an expansion stroke.
  • the first MG 12 corresponds to the electric motor of the present invention.
  • the ECO switch 33 corresponds to the operation switch of the present invention.
  • the rotational speed reduction control and the alignment control correspond to the rotational speed reduction control of the present invention.
  • FIG. 1 is referred to for the vehicle 1. Therefore, parts common to the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • FIG. 12 shows a part of an engine stop control routine executed by the vehicle control device 30 in this embodiment.
  • FIG. 12 is used in place of the portion of FIG. 9 of the first embodiment. Therefore, even in the engine stop control routine of this form, the part after FIG. 12, that is, the part of FIG. 10, is the same as the first form.
  • step S12 the process proceeds as in the first form until step S12. If it is determined in step S12 that the engine stop condition is satisfied, the process proceeds to step S14, and the process proceeds to step S17 in the same manner as in the first embodiment. If it is determined in step S17 that the rotation speed of the engine 11 has become equal to or less than the first determination rotation speed N1, the process proceeds to step S31, and the vehicle control device 30 acquires the current crank angle, that is, the first crank angle. In subsequent step S32, the vehicle control device 30 sets the alignment torque based on the first crank angle. In this embodiment, the alignment torque is set so that the # 2 cylinder 11a is in the compression stroke when the engine 11 is stopped.
  • the crank angle movement amount is calculated from the difference between the first crank angle and a preset target crank angle.
  • a preset target crank angle As described above, for example, when the engine 11 is stopped, the crank angle at which the # 2 cylinder 11a becomes near the top dead center of the compression stroke is set as the target crank angle. Therefore, the crank angle movement amount is an angle at which the crankshaft 40 rotates from the current time until the engine 11 stops.
  • the alignment torque is calculated based on the crank angle movement amount.
  • the relationship between the alignment torque and the crank angle movement amount may be obtained in advance by experiments, numerical calculations, etc., and stored in the ROM of the vehicle control device 30 as a map. Then, the alignment torque may be calculated based on this map.
  • step S19 After setting the alignment torque, the process proceeds to step S19, and thereafter the process proceeds in the same manner as in the first embodiment.
  • the alignment torque is set so that the # 2 cylinder 11a is in the compression stroke, and the alignment control is executed with this alignment torque. Therefore, when the engine 11 is stopped, the # 2 cylinder 11a can be in the compression stroke. As a result, the # 2 cylinder 11a is initially in the compression stroke at the time of start-up, so that the pulsating motion vibration component and the crankshaft vibration component can be substantially in opposite phases. Therefore, the vibration of the vehicle 1 at the time of starting can be reduced.
  • FIG. 1 is referred to for the vehicle 1. Therefore, parts common to the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • FIG. 13 shows a part of an engine stop control routine executed by the vehicle control device 30 in this embodiment.
  • FIG. 13 is used in place of the portion of FIG. 9 of the first embodiment. Therefore, even in the engine stop control routine of this embodiment, the portion after FIG. 13, that is, the portion of FIG. 10 is the same as that of the first embodiment.
  • step S12 the engine stop condition is satisfied
  • step S41 the vehicle control device 30 determines whether or not the ECO switch 33 is off. If it is determined that the ECO switch 33 is off, the process proceeds to step S13, and thereafter the process proceeds in the same manner as in the first embodiment. On the other hand, if it is determined that the ECO switch 33 is on, the process proceeds to step S14, and thereafter the process proceeds in the same manner as in the first embodiment.
  • step S13 is skipped when the ECO switch 33 is on. Therefore, the period from when the engine stop condition is satisfied to when the combustion stop control is executed can be shortened. Therefore, fuel consumption can be improved.
  • step S13 is executed, so that the engine 11 is stopped while the # 2 cylinder 11a is in the compression stroke. Therefore, the vibration of the vehicle 1 at the time of starting can be reduced.
  • the present invention can be implemented in various forms without being limited to the above-described forms.
  • the internal combustion engine to which the present invention is applied is not limited to the internal combustion engine mounted on the hybrid vehicle.
  • the present invention may be applied to an internal combustion engine of a vehicle in which only the internal combustion engine is mounted as a power source.
  • an electric motor may be connected to the crankshaft of the internal combustion engine so that power can be transmitted. At this time, the electric motor may be directly connected to the crankshaft.

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Abstract

 本発明の制御装置は、車両(1)に搭載され、かつクランク軸(40)に第1MG(12)が動力伝達可能に接続されている3気筒の内燃機関(11)に適用される。車両制御装置(30)は予め設定した特定気筒が圧縮行程の状態で内燃機関(11)が停止するように内燃機関(11)を停止させる際に第1MG(12)の出力トルクを制御する。特定気筒は、この特定気筒が圧縮行程の状態から内燃機関(11)を始動した場合に内燃機関(11)のすりこぎ運動に起因して発生する振動成分と、各気筒(11a)のピストン(41)及びコンロッド(42)が外された状態のクランク軸(40)に対して内燃機関(11)の始動時にクランク軸(40)に加えられるトルクが付与されたと仮定した場合に車両(1)に発生すると予想される振動成分とが互いに弱め合う関係になる気筒である。

Description

内燃機関の制御装置
 本発明は、クランク軸に電動機が動力伝達可能に接続された3気筒の内燃機関に適用される制御装置に関する。
 ハイブリッド車両に搭載された内燃機関に適用され、内燃機関を停止させる際にモータ・ジェネレータで内燃機関の回転数を引き下げることにより内燃機関を目標停止クランク角で停止させる制御装置が知られている(特許文献1参照)。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献2~4が存在する。
特開2009-143377号公報 特開2005-016505号公報 特開2010-043625号公報 国際公開2011/065426号
 特許文献1の装置では、目標停止クランク角として圧縮行程の上死点近傍が設定されている。しかしながら、内燃機関の停止時に予め設定した特定の気筒が圧縮行程になる制御を行っていない。そのため、内燃機関の停止時に圧縮行程になる気筒が毎回異なる可能性がある。特許文献3、4に示されているように3気筒の内燃機関ではすりこぎ運動が発生し、このすりこぎ運動が始動時の振動の原因となる。そして、すりこぎ運動の位相は、始動時にクランク軸に最初にトルクを与える気筒に応じて変化する。そのため、特許文献1の装置では、始動時に大きな振動が発生する可能性がある。
 そこで、本発明は、始動時の振動を低減可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
 本発明の制御装置は、車両に搭載され、かつクランク軸に電動機が動力伝達可能に接続されている3気筒の内燃機関に適用される制御装置において、予め設定した特定気筒が圧縮行程又は膨張行程の状態で前記内燃機関が停止するように前記内燃機関を停止させる際に前記電動機の出力トルクを制御する制御手段を備え、前記特定気筒は、当該特定気筒が圧縮行程又は膨張行程の状態から前記内燃機関を始動した場合に前記内燃機関のすりこぎ運動に起因して発生する振動成分と、各気筒のピストン及びコンロッドが外された状態の前記クランク軸に対して前記内燃機関の始動時に前記クランク軸に加えられるトルクが付与されたと仮定した場合に前記車両に発生すると予想される振動成分と、が互いに弱め合う関係になる気筒である。
 本発明の制御装置では、特定気筒が圧縮行程又は膨張行程になるように内燃機関を停止させるので、次回の始動時にはこの特定気筒が圧縮行程又は膨張行程になっている状態の内燃機関をクランキングすることになる。この場合、クランク軸の回転にて発生すると予想される振動成分と、すりこぎ運動に起因して発生する振動成分とが互いに弱め合うので、始動時の振動を低減することができる。
 本発明の制御装置の一形態において、前記制御手段は、所定の機関停止条件が成立し、かつ前記内燃機関のクランク角が予め設定した所定の判定クランク角範囲内の場合に、前記内燃機関の燃焼を停止させ、その後前記電動機からトルクを出力して前記クランク軸の回転数を低下させる回転数低下制御を実行し、前記判定クランク角範囲として、前記内燃機関のクランク角が前記判定クランク角範囲内にあるときに前記回転数低下制御を開始することにより前記特定気筒が圧縮行程又は膨張行程の状態で前記内燃機関が停止するクランク角範囲が設定されていてもよい。このように回転数低下制御を実行することにより、特定気筒が圧縮行程又は膨張行程の状態で内燃機関を停止させることができる。
 この形態において、前記車両には、ドライバが前記車両に対して燃費を優先する走行を指示するための操作スイッチが設けられ、前記制御手段は、前記操作スイッチがオフの場合には、前記機関停止条件が成立し、かつ前記内燃機関のクランク角が前記判定クランク角範囲内の場合に、前記内燃機関の燃焼を停止させ、その後前記回転数低下制御を実行し、前記操作スイッチがオンの場合には、前記機関停止条件が成立した場合に、前記内燃機関の燃焼を停止させ、その後前記回転数低下制御を実行してもよい。この形態では、操作スイッチがオンの場合には、機関停止条件が成立するとクランク角が判定クランク角範囲内でなくても内燃機関の燃焼を停止させる。そのため、燃費を向上させることができる。
 本発明の制御装置の一形態において、前記制御手段は、所定の機関停止条件が成立した場合、前記内燃機関の燃焼を停止させ、その後前記電動機からトルクを出力して前記クランク軸の回転数を低下させる回転数制御を実行し、前記回転数制御において前記電動機から出力されるトルクの大きさは、前記内燃機関が停止したときに前記特定気筒が圧縮行程又は膨張行程の状態になるように設定されてもよい。このように電動機から出力されるトルクの大きさを設定することにより、特定気筒が圧縮行程又は膨張行程の状態で内燃機関を停止させることができる。
本発明の第1の形態に係る制御装置が適用された内燃機関が搭載されたハイブリッド車両を概略的に示す図。 エンジンのクランク軸、ピストン、及びコンロッドを模式的に示す図。 エンジンで発生するピッチ振動を説明するための図。 クランク軸に発生するモーメントを説明するための図。 クランク軸が回転したときにカウンターウェイトに発生する力を説明するための図。 エンジンにおける発生するすりこぎ運動を説明するための図。 エンジンで発生するX軸方向の偶力とクランク角との関係を示す図。 クランク軸振動成分、すりこぎ運動振動成分、及びそれら振動成分を合成した振動の時間変化の一例を示す図。 車両制御装置が実行する機関停止制御ルーチンを示すフローチャート。 図9に続くフローチャート。 機関停止制御ルーチンを実行してエンジンを停止させたときの、エンジンの回転数、現在圧縮行程になっている気筒又は直前に圧縮行程になっていた気筒の気筒番号、第1MGのトルク、及びクランク角の時間変化の一例を示す図。 本発明の第2の形態に係る制御装置において車両制御装置が実行する機関停止制御ルーチンの一部を示すフローチャート。 本発明の第3の形態に係る制御装置において車両制御装置が実行する機関停止制御ルーチンの一部を示すフローチャート。
(第1の形態)
 以下、本発明の制御装置をハイブリッド車両に搭載された内燃機関に適用した一形態を説明する。図1は、ハイブリッド車両1を概略的に示している。車両1は、内燃機関(以下、エンジンと称することがある。)11と、第1モータ・ジェネレータ(以下、第1MGと略称することがある。)12と、第2モータ・ジェネレータ(以下、第2MGと略称することがある。)13とを備えている。エンジン11は、一列に並ぶ3つの気筒11aを備えている。すなわち、エンジン11は直列3気筒の4サイクル内燃機関として構成されている。この図に示したように各気筒11aにはそれらの並び方向一端から他端側に向かって#1~#3の気筒番号を付して互いに区別する。このエンジン11では、各気筒11aの爆発間隔が240°CA(クランク角を意味する。)ずつずらされることにより、240°CA毎の等間隔爆発が実現されている。なお、このエンジン11における爆発順序は、#1、#2、#3の順である。
 第1MG12及び第2MG13は、電動機及び発電機として機能する周知のモータ・ジェネレータである。第1MG12は、出力軸12aと一体回転するロータ12bと、ロータ12bの外周に同軸に配置されてケース(不図示)に固定されたステータ12cとを備えている。第2MG13も同様に、出力軸13aと一体回転するロータ13bと、ロータ13bの外周に同軸に配置されてケースに固定されたステータ13cとを備えている。
 エンジン11のクランク軸40及び第1MG12の出力軸12aは、動力分割機構14と接続されている。動力分割機構14には、車両1の駆動輪2に動力を伝達するための出力部15も接続されている。出力部15は、第1ドライブギヤ16と、第1ドライブギヤ16と噛み合うとともにカウンタ軸17に固定されたカウンタギヤ18と、カウンタ軸17に固定された出力ギヤ19とを備えている。出力ギヤ19は、デファレンシャル機構20のケースに設けられたリングギヤ20aと噛み合っている。デファレンシャル機構20は、リングギヤ20aに伝達された動力を左右の駆動輪2に分配する周知の機構である。なお、図1では左右の駆動輪2のうちの一方のみを示す。
 動力分割機構14は、差動機構としての遊星歯車機構21を備えている。遊星歯車機構21は、シングルピニオン型の遊星歯車機構であり、サンギヤSuと、リングギヤRiと、ピニオンギヤPiと、キャリアCaとを備えている。サンギヤSuは、外歯歯車である。リングギヤRiは、サンギヤSuに対して同軸的に配置された内歯歯車である。ピニオンギヤPiは、サンギヤSu及びリングギヤRiのそれぞれと噛み合っている。キャリアCaは、ピニオンギヤPiを自転可能かつサンギヤSuの周囲を公転可能に保持している。サンギヤSuは、第1MG12の出力軸12aと連結されている。キャリアCaは、エンジン11のクランク軸40と連結されている。リングギヤRiは、第1ドライブギヤ16と連結されている。
 第2MG13の出力軸13aには、第2ドライブギヤ22が設けられている。第2ドライブギヤ22は、カウンタギヤ18と噛み合っている。第1MG12及び第2MG13は、不図示のインバータ及び昇圧コンバータを介してバッテリ23と電気的に接続されている。
 エンジン11、第1MG12、及び第2MG13の動作は、車両制御装置30にて制御される。車両制御装置30は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なRAM、ROM等の周辺機器を含んだコンピュータユニットとして構成されている。車両制御装置30は、車両1を適切に走行させるための各種制御プログラムを保持している。車両制御装置30は、これらのプログラムを実行することによりエンジン11及び各MG12、13等の制御対象に対する制御を行っている。車両制御装置30には、車両1に係る情報を取得するための種々のセンサが接続されている。車両制御装置30には、例えば車速センサ31及びクランク角センサ32が接続されている。車速センサ31は、車両1の速度(車速)に対応した信号を出力する。クランク角センサ32は、エンジン11のクランク角に対応した信号を出力する。また、車両制御装置30には、ECOスイッチ33が接続されている。このECOスイッチ33は、ドライバが燃費の抑制を優先した燃費走行を車両制御装置30に指示するためのスイッチである。ECOスイッチ33がオンの場合にはECOスイッチ33からオン信号が出力され、オフの場合にはオフ信号が出力される。この他にも車両制御装置30には種々のセンサやスイッチ等が接続されているが、それらの図示は省略した。
 車両制御装置30は、エンジン11の運転中に所定の機関停止条件が成立した場合、各気筒11aへの燃料供給を停止してエンジン11を停止させる。また、車両制御装置30は、エンジン11が停止しているときに所定の機関始動条件が成立した場合、第1MG12にてエンジン11をクランキングして始動する。この車両1では、車速が予め設定した所定の判定速度未満の場合に第2MG13のみで車両1を走行させる。一方、車速が判定速度以上の場合にはエンジン11及び第2MG13の両方で車両1を走行させる。そのため、機関停止条件は、例えば車速が判定速度未満になった場合に成立したと判定される。また、機関始動条件は、例えば車速が判定速度以上になった場合に成立したと判定される。
 車両制御装置30は、エンジン11を停止させる際に、第1MG12でエンジン11の回転数を低下させる。また、この際に車両制御装置30は、予め設定した特定気筒が圧縮行程の状態でエンジン11が停止するように第1MG12の出力トルクを調整する。このようにエンジン11を停止させることにより、始動開始時に最初に圧縮行程になる気筒を毎回同じにすることができる。特定気筒には、3つの気筒11aのうちエンジン11のクランキング時の振動を抑制可能な気筒が設定される。
 図2~図8を参照してこの特定気筒について説明する。図2は、エンジン11のクランク軸40、ピストン41、及びコンロッド42を模式的に示している。ピストン41及びコンロッド42は、気筒11a毎に設けられている。ピストン41は、各気筒11a内に往復動自在に挿入されている。コンロッド42は、ピストン41とクランク軸40とを連結している。以下では、クランク軸40の回転軸線の方向をY軸と定義する。ピストン41が往復動する方向をZ方向と定義する。これらY軸及びZ軸のそれぞれと直交する方向をX軸と定義する。図3に示すようにエンジン11で発生する振動のうち、X軸回りの振動がピッチ振動である。また、Y軸回りの振動がロール振動であり、Z軸回りの振動がヨー振動である。
 図2に示すように、クランク軸40はY軸方向に並ぶ4つのジャーナル部40aと、ジャーナル部40aの間に位置する3つのクランクピン40bと、ジャーナル部40aとクランクピン40bとを連結するクランクアーム40cとを備えている。また、図5に示すように、クランク軸40には、カウンターウェイト40dが設けられている。カウンターウェイト40dは、クランクアーム40cからクランクピン40bの反対側に延びている。なお、図2ではカウンターウェイト40dの図示を省略している。また、図5でも#2の気筒11aのカウンターウェイト40dの図示を省略している。クランク軸40のこれらの構成要素は鋳造等により一体的に形成されている。図2に示したように3つのクランクピン40bは、Y軸回りに120度ずつずらして設けられている。コンロッド42は、これらクランクピン40bとピストン41とを連結している。
 周知のように、エンジン11のクランキング時に車両1に発生する振動には、複数の振動成分が含まれている。複数の振動成分には、クランク軸40の回転にて発生する振動成分(以下、クランク軸振動成分と称することがある。)及びエンジン11のすりこぎ運動にて発生する振動成分(以下、すりこぎ運動振動成分と称することがある。)が含まれている。
 まず、クランク軸振動成分について説明する。図2に示すように各クランクピン40bは、クランク軸40の回転軸線からクランクアーム40cの長さ分離れた位置に設けられている。また、クランク軸40には、カウンターウェイト40dが設けられている。そして、この図に示すように、これらクランクアーム40c及びカウンターウェイト40dは、距離SずつY軸方向に離して配置されている。そのため、クランク軸40が回転駆動されるとこれらクランクピン40b及びカウンターウェイト40dが回転するので、振動が発生する。クランク軸振動成分はこの振動である。なお、クランキング時には、クランク軸40に第1MG12からトルクが入力される。また、クランクキング時には、圧縮行程の気筒及び膨張行程の気筒からもクランク軸40にトルクが付与される。そのため、このクランク軸振動成分は、各気筒11aのピストン41及びコンロッド42が外された状態のクランク軸40にこれらエンジン11のクランキング時にクランク軸40に加えられるトルクが付与されたと仮定した場合にエンジン11に発生すると予想される振動である。図8の一番上の図は、このクランク軸振動成分の時間変化の一例を示している。
 次に、すりこぎ運動振動成分について説明する。まず、カウンターウェイト40dが無い場合のエンジン11の振動を考える。上述したように各クランクピン40bは、クランク軸40の回転軸線からクランクアーム40cの長さ分離れた位置に設けられている。そのため、クランク軸40が回転駆動されると、各気筒11aのピストン41が往復動したときの慣性力とクランクアーム40cの長さに基づくモーメントがクランク軸40に発生する。また、図2に示すようにクランクピン40bは、120度ずつずらして設けられている。そのため、図4に一例を示すようにクランク軸40に発生するZ軸方向の力が、アンバランスになる。したがって、図3に示すようにエンジン11にピッチ振動が発生する。
 このようなクランクピン40bが原因で発生するモーメントを低減するためにカウンターウェイト40dが設けられる。このエンジン11では、クランクピン40bの重さにピストン41の重さの半分の重さ及びコンロッド42の重さの半分の重さを加えた重さがカウンターウェイト40dの重さに設定されている。すなわち、エンジン11ではいわゆるオーバーバランス率が50%に設定されている。このようなカウンターウェイト40dが有る場合、図5に示すようにクランク軸40が回転したときにカウンターウェイト40dにX軸方向の力PxとZ軸方向の力Pzとが発生する。このZ軸方向の力Pzは、上述したクランクピン40bにて発生するモーメントを低減する。ただし、カウンターウェイト40dはクランクピン40bより重いため、エンジン11にピッチ振動が発生する。一方、X軸方向の力Pxは、エンジン11をX軸方向に振動する力になる。そして、この図に示すように#1の気筒11aのカウンターウェイト40dのX軸方向の力Pxと、#3の気筒11aのカウンターウェイト40dのX軸方向の力Pxとは互いに逆方向に作用する。この場合、X軸方向に偶力が発生し、エンジン11にヨー振動が発生する。そして、このようにピッチ振動及びヨー振動が発生すると、図6に示すようにエンジン11はすりこぎ運動をする。すりこぎ運動振動成分は、このエンジン11のすりこぎ運動に起因する振動である。
 図7は、エンジン11で発生するX軸方向の偶力とクランク角との関係を示している。この図に示すように、X軸方向の偶力は360°CA周期で変化する。一方、エンジン11では、各気筒11aの圧縮行程が240°CAずつずれている。そのため、エンジン11の始動時に最初に圧縮行程になる気筒が3つの気筒11aのうちのいずれの気筒であるかに応じてX軸方向の偶力の位相が変化する。図8の真ん中の図は、すりこぎ運動振動成分の時間変化の一例を示している。この図の実線L1は、始動時に#1の気筒11aが最初に圧縮行程になる場合のすりこぎ振動成分の時間変化を示している。この図の実線L2は、始動時に#2の気筒11aが最初に圧縮行程になる場合のすりこぎ振動成分の時間変化を示している。この図の実線L3は、始動時に#3の気筒11aが最初に圧縮行程になる場合のすりこぎ振動成分の時間変化を示している。そして、図8の一番下の図は、クランク軸振動成分とすりこぎ振動成分とを合成した振動を示している。なお、この図の実線L4は、クランク軸振動成分と始動時に#1の気筒11aが最初に圧縮行程になる場合のすりこぎ振動成分とを合成した振動を示している。この図の実線L5は、クランク軸振動成分と始動時に#2の気筒11aが最初に圧縮行程になる場合のすりこぎ振動成分とを合成した振動を示している。この図の実線L6は、クランク軸振動成分と始動時に#3の気筒11aが最初に圧縮行程になる場合のすりこぎ振動成分とを合成した振動を示している。
 図8の時刻tに示すように、始動時に#2の気筒11aが最初に圧縮行程になる場合のすりこぎ振動成分の位相は、クランク軸振動成分の位相に対してほぼ逆になる。そのため、図8の一番下の図に示したように、この始動時に#2の気筒11aが最初に圧縮行程になる場合のすりこぎ振動成分とクランク軸振動成分とを合成した振動が一番小さくなる。そこで、エンジン11においては#2の気筒11aが特定気筒に設定される。なお、この図に示すようにエンジン11では、始動時に#3の気筒11aが最初に圧縮行程になる場合のすりこぎ振動成分の位相は、クランク軸振動成分の位相とほぼ同じになる。そのため、この場合には車両1の振動が大きくなる。
 図1に戻って車両制御装置30によるエンジン11の制御の説明を続ける。上述したように、エンジン11を停止させる際に、車両制御装置30は第1MG12でエンジン11の回転数を低下させる。この際に車両制御装置30は、エンジン11の回転数に応じて第1MG12の制御を変更する。この第1MG12の制御としては、回転数引き下げ制御、位置合わせ制御、トルク抜き制御、及び逆回転防止制御が設けられている。これらの制御は、回転数引き下げ制御、位置合わせ制御、トルク抜き制御、逆回転防止制御の順番で実行される。
 回転数引き下げ制御は、クランク角が予め設定した所定の判定クランク角範囲内に入った場合に実行される。所定の判定クランク角範囲は、このクランク角範囲から上述した各制御を実行すれば、#2の気筒11aが圧縮行程の状態でエンジン11が停止するクランク角範囲が設定される。なお、このようなクランク角範囲は、予め実験や数値計算等により求めて車両制御装置30のROMに記憶させておけばよい。そして、この回転数引き下げ制御は、エンジン11の回転数が予め設定した所定の第1判定回転数N1以下になるまで実行される。この第1判定回転数N1は、位置合わせ制御を開始する回転数である。エンジン11の回転数が第1判定回転数N1以下になると、位置合わせ制御が開始される。この位置合わせ制御では、エンジン11が停止したときにクランク軸40が予め設定した所定の目標クランク角になるように第1MG12からトルクを出力する。なお、この目標クランク角は、例えばエンジン11が停止したときに#2の気筒11aが圧縮行程の上死点近傍になるクランク角が設定される。
 位置合わせ制御は、エンジン11の回転数が予め設定した所定の第2判定回転数N2以下になるまで実行される。この第2判定回転数N2は、トルク抜き制御を開始する回転数である。エンジン11の回転数が第2判定回転数N2以下になるとトルク抜き制御が開始される。このトルク抜き制御では、第1MG12のトルクをゼロに低下させる。トルク抜き制御は、エンジン11の回転数が第3判定回転数N3以下になるまで実行される。この第3判定回転数N3は、逆回転防止制御を開始する回転数である。なお、第1判定回転数N1、第2判定回転数N2、及び第3判定回転数N3の大小関係は、N3<N2<N1<アイドル回転数である。
 エンジン11の回転数が第3判定回転数N3以下になると逆回転防止制御が実行される。この逆回転防止制御では、クランク軸40がエンジン11の運転時に回転する正転方向とは逆の逆転方向に回転せず、かつクランク軸40が目標クランク角に停止するように第1MG12からトルクを出力する。この逆回転防止制御は、エンジン11が停止するまで実行される。エンジン11が停止した場合には第1MG12も停止させる。
 図9及び図10は、車両制御装置30がこのように第1MG11を制御するために実行する機関停止制御ルーチンを示している。なお、図10は図9に続く制御ルーチンである。この制御ルーチンはエンジン11の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。また、この制御ルーチンは車両制御装置30が実行する他の制御ルーチンと並行に実行される。この制御ルーチンを実行することにより、車両制御装置30が本発明の制御手段として機能する。
 この制御ルーチンにおいて車両制御装置30は、まずステップS11で車両1の状態を取得する。車両1の状態としては、車速及びクランク角が取得される。また、この処理では、クランク角センサ32の出力信号に基づいて、エンジン11の回転数及び現在圧縮行程になっている気筒11aの気筒番号も取得される。なお、3つの気筒11aのいずれの気筒11aも圧縮行程ではない場合には、直前に圧縮行程であった気筒11aの気筒番号が取得される。次のステップS12において車両制御装置30は、上述した機関停止条件が成立したか否か判定する。機関停止条件が不成立と判定した場合は今回の制御ルーチンを終了する。
 一方、機関停止条件が成立したと判定した場合はステップS13に進み、クランク角が上述した所定の判定クランク角範囲内か否か判定する。クランク角が判定クランク角範囲外と判定した場合は、クランク角が判定クランク角範囲内に入るまで、この処理が繰り返し実行される。一方、クランク角が判定クランク角範囲内に入ったと判定した場合はステップS14に進み、車両制御装置30は燃焼停止制御を実行する。この燃焼停止制御では、エンジン11への燃料供給を停止し、エンジン11の燃焼を停止させる。次のステップS15において車両制御装置30は燃焼を停止させたときのエンジン11の回転数に基づいて回転数引き下げトルクを設定する。この回転数引き下げトルクは、エンジン11の回転数を速やかに引き下げるために第1MG12から出力するトルクである。燃焼を停止させたときのエンジン11の回転数が高いほどエンジン11の回転数を引き下げるために必要なトルクが大きくなる。そのため、エンジン11の燃焼を停止させたときのエンジン11の回転数が大きいほど回転数引き下げトルクに大きい値が設定される。なお、この関係は予め実験や数値計算等により求めて車両制御装置30のROMにマップとして記憶させておけばよい。そして、このマップとエンジン11の回転数に基づいて回転数引き下げトルクを設定すればよい。
 次のステップS16において車両制御装置30は、回転数引き下げ制御を実行する。この回転数引き下げ制御では、設定した回転数引き下げトルクを第1MG12から出力してエンジン11の回転数を引き下げる。次のステップS17において車両制御装置30は、エンジン11の回転数が第1判定回転数N1以下になったか否か判定する。エンジン11の回転数が第1判定回転数N1より高いと判定した場合はステップS16に戻り、車両制御装置30はエンジン11の回転数が第1判定回転数N1以下になるまでステップS16及びS17を繰り返し実行する。
 一方、エンジン11の回転数が第1判定回転数N1以下になったと判定した場合はステップS18に進み、車両制御装置30はエンジン11の回転数が第1判定回転数N1以下になったと判定したときのクランク角(以下、第1クランク角と称することがある。)に基づいて位置合わせトルクを設定する。この位置合わせトルクは、エンジン11が所定回転数以下になった時にクランク軸40が上述した目標クランク角になるように第1MG12から出力するトルクである。エンジン11の回転数が第1判定回転数N1から第2判定回転数N2になるまで、第1MG12から回転数引き下げトルクを継続して出力したと仮定する。この場合にエンジン11の停止時のクランク角が目標クランク角になる第1クランク角は、目標クランク角及びエンジン11の仕様に応じて求まる。以下、このような第1クランク角を第1基準クランク角と称することがある。そして、エンジン11の停止時のクランク角を目標クランク角にするためには、第1クランク角と第1基準クランク角との差が大きいほど第1MG12から出力するトルクを大きくする必要がある。そこで、位置合わせトルクには、第1クランク角と第1基準クランク角との差が大きいほど大きい値を設定する。この第1クランク角と第1基準クランク角との差と位置合わせトルクとの関係は、予め実験や数値計算等により求めて車両制御装置30のROMにマップとして記憶させておけばよい。そして、このマップと第1クランク角とに基づいて位置合わせトルクを設定すればよい。
 次の図10のステップS19において車両制御装置30は、位置合わせ制御を実行する。この位置合わせ制御では、回転数引き下げトルクと位置合わせトルクとを合計したトルクが第1MG12から出力される。続くステップS20において車両制御装置30は、エンジン11の回転数が第2判定回転数N2以下になったか否か判定する。エンジン11の回転数が第2判定回転数N2より高いと判定した場合はステップS19に戻り、車両制御装置30はエンジン11の回転数が第2判定回転数N2以下になるまでステップS19及びS20を繰り返し実行する。
 一方、エンジン11の回転数が第2判定回転数N2以下になったと判定した場合はステップS21に進み、車両制御装置30はトルク抜き制御を実行する。このトルク抜き制御では、第1MG12のトルクが予め設定したトルク抜きレートで低下するように第1MG12が制御される。なお、トルク抜きレートは、第1MG12のトルクが急に低下しないように適宜に設定すればよい。続くステップS22において車両制御装置30は、エンジン11の回転数が第3判定回転数N3以下になったか否か判定する。エンジン11の回転数が第3判定回転数N3より高いと判定した場合はステップS21に戻り、車両制御装置30はエンジン11の回転数が第3判定回転数N3以下になるまでステップS21及びS22を繰り返し実行する。
 一方、エンジン11の回転数が第3判定回転数N3以下になったと判定した場合はステップS23に進み、車両制御装置30は第1MG12のトルクがゼロになったときのクランク角(以下、第2クランク角と称することがある。)に基づいて逆回転防止トルクを設定する。この逆回転防止トルクは、クランク軸40が逆転方向に回転することを防止しつつクランク軸40を目標クランク角に停止させるために第1MG12から出力するトルクである。エンジン11の回転数が第3判定回転数N3からゼロになるまで、第1MG12の出力トルクをゼロにしたと仮定する。この場合にエンジン11の停止時のクランク角が目標クランク角になる第2クランク角は、目標クランク角及びエンジン11の仕様に応じて求まる。以下、このような第2クランク角を第2基準クランク角と称することがある。そして、エンジン11の停止時のクランク角を目標クランク角にするためには、第2クランク角と第2基準クランク角との差が大きいほど第1MG12から出力するトルクを大きくする必要がある。そこで、逆回転防止トルクには、第2クランク角と第2基準クランク角との差が大きいほど大きい値を設定する。この第2クランク角と第2基準クランク角との差と逆回転防止トルクとの関係は、予め実験や数値計算等により求めて車両制御装置30のROMにマップとして記憶させておけばよい。そして、このマップと第2クランク角とに基づいて逆回転防止トルクを設定すればよい。
 次のステップS24において車両制御装置30は、逆回転防止制御を実行する。この逆回転防止制御では、設定した逆回転防止トルクが第1MG12から出力される。続くステップS25において車両制御装置30は、エンジン11が停止したか否か、すなわちエンジン11の回転数がゼロになったか否か判定する。エンジン11が停止していないと判定した場合はステップS24に戻り、車両制御装置30はエンジン11が停止するまでステップS24及びS25を繰り返し実行する。
 一方、エンジン11が停止したと判定した場合はステップS26に進み、車両制御装置30は第1MG停止制御を実行する。この第1MG停止制御では、第1MG12の出力トルクをゼロにして第1MG12を停止させる。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
 図11は、この機関停止制御ルーチンを実行してエンジン11を停止させたときの、エンジン11の回転数、現在圧縮行程になっている気筒11a又は直前に圧縮行程になっていた気筒11aの気筒番号、第1MG12のトルク、及びクランク角の時間変化の一例を示している。なお、この図では、第1MG12を正転方向に回転させた場合に第1MG12から出力されるトルクを正のトルクとして示し、第1MG12を逆転方向に回転させた場合に第1MG12から出力されるトルクを負のトルクとして示している。
 この図に示した例では、時刻t1に機関停止条件が成立して回転数引き下げ制御が実行される。これにより第1MG12から回転数引き下げトルクが出力されてエンジン11の回転数が引き下げられている。そして、時刻t2においてエンジン11の回転数が第1判定回転数N1まで低下すると、位置合わせ制御が実行される。
 時刻t3においてエンジン11の回転数が第2判定回転数N2まで低下すると、トルク抜き制御が実行される。その後、時刻t4においてエンジン11の回転数が第3判定回転数N3まで低下すると、逆回転防止制御が実行される。そして、時刻t5においてエンジン11が停止すると第1MG停止制御が実行されて第1MG12が停止する。そして、この際には、#2の気筒11aが圧縮行程の状態になっている。
 以上に説明したように、第1の形態では、エンジン11が停止したときに#2の気筒11aが圧縮行程になっているので、始動時には毎回この#2の気筒11aが最初に圧縮行程になる。そして、図8に示すように始動時に#2の気筒11aが圧縮行程の場合のすりこぎ運動振動成分は、クランク軸振動成分とほぼ逆位相になる。この場合、これらの振動成分が互いに弱め合うので、始動時の車両1の振動を低減することができる。
 なお、上述した形態では、特定気筒として#2の気筒11aが設定されたが、特定気筒はこの気筒に限定されない。特定気筒には、3つの気筒11aのうち始動時のすりこぎ運動振動成分がクランク軸振動成分とほぼ逆位相になる気筒11aが設定される。このような気筒11aは、エンジン11の諸元及び動力分割機構14の諸元等に応じて変化する。そのため、実験や数値計算等によりこのような気筒11aを特定し、その気筒11aを特定気筒に設定すればよい。
 また、上述した形態では、エンジン11が停止したときに特定気筒を圧縮行程の状態にしたが、エンジン11が停止したときの特定気筒の状態はこの状態に限定されない。例えば、エンジン11が停止したときに膨張行程になる気筒11a内に燃料を封入し、次回の始動時にその燃料に点火してエンジン11を始動する内燃機関が知られている。このような内燃機関では、特定気筒が膨張行程の状態でエンジン11が停止するようにしてよい。
 なお、第1MG12が本発明の電動機に相当する。ECOスイッチ33が本発明の操作スイッチに相当する。回転数引き下げ制御及び位置合わせ制御が、本発明の回転数低下制御に相当する。
(第2の形態)
 次に図12を参照して本発明の第2の形態に係る制御装置について説明する。なお、この形態においても車両1については図1が参照される。そのため、第1の形態と共通の部分については同一の符号を付して説明を省略する。
 図12は、この形態において車両制御装置30が実行する機関停止制御ルーチンの一部を示している。なお、図12は第1の形態の図9の部分に代えて使用される。そのため、この形態の機関停止制御ルーチンでも図12より後の部分、すなわち図10の部分については第1の形態と同一である。
 この形態の機関停止制御ルーチンでも、ステップS12まで第1の形態と同様に処理を進める。ステップS12で機関停止条件が成立したと判定した場合はステップS14に進み、以降ステップS17まで第1の形態と同様に処理を進める。そして、ステップS17においてエンジン11の回転数が第1判定回転数N1以下になったと判定した場合はステップS31に進み、車両制御装置30は現在のクランク角、すなわち第1クランク角を取得する。続くステップS32において車両制御装置30は、第1クランク角に基づいて位置合わせトルクを設定する。この形態では、エンジン11が停止したときに#2の気筒11aが圧縮行程になるように位置合わせトルクが設定される。具体的には、まず第1クランク角と予め設定した目標クランク角との差からクランク角移動量を算出する。この目標クランク角には、上述したように例えばエンジン11が停止したときに#2の気筒11aが圧縮行程の上死点近傍になるクランク角が設定される。そのため、クランク角移動量は、現在からエンジン11が停止するまでにクランク軸40が回転する角度である。そして、位置合わせトルクは、このクランク角移動量に基づいて算出される。位置合わせトルクとクランク角移動量との関係は、予め実験や数値計算等で求めて車両制御装置30のROMにマップとして記憶させておけばよい。そして、このマップに基づいて位置合わせトルクを算出すればよい。
 位置合わせトルクの設定後はステップS19に進み、以降は第1の形態と同様に処理を進める。
 以上に説明したように、この形態では、エンジン11が停止したときに#2の気筒11aが圧縮行程になるように位置合わせトルクを設定し、この位置合わせトルクで位置合わせ制御が実行される。そのため、エンジン11が停止したときに#2の気筒11aを圧縮行程にすることができる。これにより始動時に#2の気筒11aが最初に圧縮行程になるので、すりこぎ運動振動成分とクランク軸振動成分とをほぼ逆位相にできる。したがって、始動時の車両1の振動を低減することができる。
(第3の形態)
 図13を参照して本発明の第3の形態に係る制御装置について説明する。なお、この形態においても車両1については図1が参照される。そのため、第1の形態と共通の部分については同一の符号を付して説明を省略する。
 図13は、この形態において車両制御装置30が実行する機関停止制御ルーチンの一部を示している。なお、図13は第1の形態の図9の部分に代えて使用される。そのため、この形態の機関停止制御ルーチンでも図13より後の部分、すなわち図10の部分については第1の形態と同一である。
 この形態の機関停止制御ルーチンでも、ステップS12まで第1の形態と同様に処理を進める。ステップS12で機関停止条件が成立したと判定した場合はステップS41に進み、車両制御装置30はECOスイッチ33がオフか否か判定する。ECOスイッチ33がオフであると判定した場合はステップS13に進み、以降は第1の形態と同様に処理を進める。一方、ECOスイッチ33がオンであると判定した場合はステップS14に進み、以降は第1の形態と同様に処理を進める。
 以上に説明したように、この形態では、ECOスイッチ33がオンの場合にはステップS13がスキップされる。そのため、機関停止条件が成立してから燃焼停止制御が実行されるまでの期間を短縮できる。したがって、燃費を向上させることができる。一方、ECOスイッチ33がオフの場合にはステップS13が実行されるので、#2の気筒11aが圧縮行程の状態でエンジン11が停止する。そのため、始動時の車両1の振動を低減することができる。
 本発明は、上述した各形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明が適用される内燃機関は、ハイブリッド車両に搭載される内燃機関に限定されない。内燃機関のみが動力源として搭載される車両の内燃機関に本発明を適用してもよい。
 また、内燃機関のクランク軸には、電動機が動力伝達可能に接続されてもよい。この際、電動機はクランク軸と直接接続されていてもよい。

Claims (4)

  1.  車両に搭載され、かつクランク軸に電動機が動力伝達可能に接続されている3気筒の内燃機関に適用される制御装置において、
     予め設定した特定気筒が圧縮行程又は膨張行程の状態で前記内燃機関が停止するように前記内燃機関を停止させる際に前記電動機の出力トルクを制御する制御手段を備え、
     前記特定気筒は、当該特定気筒が圧縮行程又は膨張行程の状態から前記内燃機関を始動した場合に前記内燃機関のすりこぎ運動に起因して発生する振動成分と、各気筒のピストン及びコンロッドが外された状態の前記クランク軸に対して前記内燃機関の始動時に前記クランク軸に加えられるトルクが付与されたと仮定した場合に前記車両に発生すると予想される振動成分と、が互いに弱め合う関係になる気筒である制御装置。
  2.  前記制御手段は、所定の機関停止条件が成立し、かつ前記内燃機関のクランク角が予め設定した所定の判定クランク角範囲内の場合に、前記内燃機関の燃焼を停止させ、その後前記電動機からトルクを出力して前記クランク軸の回転数を低下させる回転数低下制御を実行し、
     前記判定クランク角範囲として、前記内燃機関のクランク角が前記判定クランク角範囲内にあるときに前記回転数低下制御を開始することにより前記特定気筒が圧縮行程又は膨張行程の状態で前記内燃機関が停止するクランク角範囲が設定されている請求項1の制御装置。
  3.  前記車両には、ドライバが前記車両に対して燃費を優先する走行を指示するための操作スイッチが設けられ、
     前記制御手段は、
     前記操作スイッチがオフの場合には、前記機関停止条件が成立し、かつ前記内燃機関のクランク角が前記判定クランク角範囲内の場合に、前記内燃機関の燃焼を停止させ、その後前記回転数低下制御を実行し、
     前記操作スイッチがオンの場合には、前記機関停止条件が成立した場合に、前記内燃機関の燃焼を停止させ、その後前記回転数低下制御を実行する請求項2の制御装置。
  4.  前記制御手段は、所定の機関停止条件が成立した場合、前記内燃機関の燃焼を停止させ、その後前記電動機からトルクを出力して前記クランク軸の回転数を低下させる回転数制御を実行し、

     前記回転数制御において前記電動機から出力されるトルクの大きさは、前記内燃機関が停止したときに前記特定気筒が圧縮行程又は膨張行程の状態になるように設定される請求項1の制御装置。
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