JP6409559B2 - 車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両駆動源として内燃機関とモータジェネレータとを併用するハイブリッド車両の制御装置に関し、特に、内燃機関の始動制御に関する。

特許文献１や特許文献２にも記載されているように、可変圧縮比機構を具備したハイブリッド車両が従来より提案されている。このようなハイブリッド車両は、内燃機関の停止と始動を繰り返すものであるが、例えば上記の特許文献１，２では、内燃機関の始動後に目標エンジントルクに基づいて機関圧縮比を変更することが記載されている。

特開２０１０−１９００９５号公報 特開２００８−３８８７５号公報

駆動源として内燃機関とモータジェネレータとを併用するハイブリッド車両では、内燃機関の始動モードとして、例えば車両起動の際に内燃機関を始動する場合のように、駆動源と駆動輪との間の駆動輪側クラッチを開放した状態で内燃機関を始動する第１の始動モードと、駆動輪側クラッチを接続してモータジェネレータにより車両の走行を行なうＥＶモード状態で、モータジェネレータにより内燃機関をクランキングして始動する第２の始動モードと、が想定される。

第１の始動モードでは、低回転でも確実に初爆し、安定して始動を行なうことが要求される。一方、第２の始動モードでは、機関始動のためにモータジェネレータのクランキングトルクを確保しておく必要があり、つまりモータジェネレータの出力トルクがクランキングトルク以下となる前に内燃機関を始動しておく必要があるため、このクランキングトルクが大きくなると、ＥＶモードで走行するＥＶ走行領域が制限・縮小される。また、この第２の始動モードでは、駆動輪側クラッチが接続している状態であるために、機関始動時のクランキングトルクが大きくなると、そのトルクが駆動輪側に伝達されてトルク変動を招くおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものである。すなわち本発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、車両駆動源としての内燃機関及びモータジェネレータと、吸気弁の閉時期を変更可能な可変バルブタイミング機構と、機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、上記モータジェネレータと駆動輪との間に介装された駆動輪側クラッチと、を有している。また、内燃機関を始動する始動モードとして、上記駆動輪側クラッチを開放した状態で内燃機関を始動する第１の始動モードと、上記駆動輪側クラッチを接続して上記モータジェネレータにより車両の走行を行なうＥＶモード状態で、上記モータジェネレータにより内燃機関を始動する第２の始動モードと、を有している。

そして、上記第１の始動モードでは、上記機関圧縮比を高圧縮比側、吸気弁の閉時期を下死点よりも遅角させる第１の設定とする一方、上記第２の始動モードでは、上記第１の設定に対して、上記機関圧縮比を低くするとともに吸気弁の閉時期を下死点から遠ざけた第２の設定とする。

本発明によれば、駆動輪側クラッチを開放している第１の始動モードでは、機関圧縮比を高圧縮比側としつつ、吸気弁の閉時期を下死点よりも更に遅角させることで、有効圧縮比を高めて、低回転でも確実に初爆を行なうことができ、安定した始動性を得ることができる。

一方、駆動輪側クラッチを接続したＥＶモードでの第２の始動モードでは、機関圧縮比を低くするとともに吸気弁の閉時期を下死点から遠ざけることで、有効圧縮比を低くし、機関始動時のモータジェネレータによるクランキングトルクを低く抑えることができる。従って、クランキングに必要なモータジェネレータのトルクを抑制し、ＥＶモードで走行するＥＶ走行領域を拡大することができる。

本発明の一実施例に係るハイブリッド車両のパワートレーンを示す構成図。 上記実施例の可変圧縮比機構を示す断面図。 本実施例の機関始動時の制御の流れを示すフローチャート。 機関始動時の制御内容の一例を示すタイミングチャート。 同じく機関始動時の制御内容の他の例を示すタイミングチャート。 同じく機関始動時の制御内容の他の例を示すタイミングチャート。 同じく機関始動時の制御内容の他の例を示すタイミングチャート。 同じく機関始動時の制御内容の他の例を示すタイミングチャート。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。初めに、本発明が適用されるハイブリッド車両の基本的な構成を説明する。図１は、本発明が適用されるハイブリッド車両の一例として、フロントエンジン・リヤホイールドライブ（ＦＲ）式の構成としたハイブリッド車両のパワートレーンを示している。

図１に示すハイブリッド車両のパワートレーンは、後輪が駆動輪２とされた後輪駆動車であり、火花点火式内燃機関（以下、単に「内燃機関」と呼ぶ）１の車両前後方向の後方に自動変速機３が配置されている。また、内燃機関１のクランクシャフト１ａからの回転を自動変速機３の入力軸３ａへ伝達するシャフト４に、内燃機関１とともに車両駆動源を構成するモータジェネレータ５が一体に設けられている。

モータジェネレータ５は、ロータに永久磁石を用いた同期型モータからなり、モータとして作用（いわゆる「力行」）するとともに、ジェネレータ（発電機）としても作用（いわゆる「回生」）するものであり、上記のように内燃機関１と自動変速機３との間に位置している。このモータジェネレータ５にはバッテリ９が電気的に接続されている。このバッテリ９は、モータジェネレータ５の力行運転時にモータジェネレータ５へ電力を供給し、モータジェネレータ５の回生運転時にモータジェネレータ５から供給される電力を充電する。

そして、このモータジェネレータ５と内燃機関１との間、より詳しくは、シャフト４とクランクシャフト１ａとの間に、駆動源側クラッチとしての第１クラッチ６が介挿されており、この第１クラッチ６が内燃機関１とモータジェネレータ５との間を切り離し可能に結合している。

また、モータジェネレータ５（駆動源）と駆動輪２との間、より詳しくは、シャフト４と変速機入力軸３ａとの間には、駆動輪側クラッチとしての第２クラッチ７が介挿されており、この第２クラッチ７がモータジェネレータ５と自動変速機３との間を切り離し可能に結合している。

自動変速機３は、入力軸３ａから入力された回転を選択変速段に応じたギヤ比で変速して出力軸３ｂに出力する。この出力回転は、ディファレンシャルギヤ装置８を介して左右の駆動輪（後輪）２へ分配して伝達される。この自動変速機３は、セレクトレバー等を介して運転者により選択されるレンジとして、非走行レンジであるＰ（パーキング）レンジおよびＮ（ニュートラル）レンジ、走行レンジであるＤ（ドライブ）レンジおよびＲ（リバース）レンジ、を少なくとも備えている。

上記のパワートレーンにおいては、モータジェネレータ５の動力のみを動力源として走行する電気自動車走行モード（ＥＶモード）と、内燃機関１をモータジェネレータ５とともに動力源に含みながら走行するハイブリッド走行モード（ＨＥＶモード）と、が可能である。

ＥＶモードでは、内燃機関１からの動力が不要であるからこれを停止させておくとともに第１クラッチ６を解放し、かつ第２クラッチ７を締結させておくととともに自動変速機３を動力伝達状態にする。この状態でモータジェネレータ５のみによって車両の走行がなされる。

ＨＥＶモードでは、第１クラッチ６および第２クラッチ７をともに締結し、自動変速機３を動力伝達状態にする。この状態では、内燃機関１からの出力回転およびモータジェネレータ５からの出力回転の双方が変速機入力軸３ａに入力されることとなり、双方によるハイブリッド走行がなされる。

ＨＥＶモードにおいて、所定のアイドルストップ条件が成立すると、内燃機関１を停止するアイドルストップを実施する。例えば、冷却水温が所定温度以上、ブレーキ油圧が所定圧以上、車速が所定速度以下、アクセル開度が所定開度以下、及び機関回転速度がアイドル回転速度と等しいときにアイドルストップ条件が成立したものとして、アイドルストップを実施する。そして、アイドルストップ中に、所定のアイドルストップ解除条件が成立すると、内燃機関を再始動する。例えば、アクセルＯＮ、ブレーキＯＦＦ、バッテリの充電量が所定量以下、ブレーキ油圧が所定圧以下、自動変速機３内の油温が所定温度以下、自動変速機３内の油温が所定圧以下、のうちのいずれかの条件がアイドルストップ中に成立すると、アイドルストップ解除条件が成立したものとして、内燃機関１を自動的に再始動する。

モータジェネレータ５は、車両減速運転時に減速エネルギーを回生して回収できるほか、ＨＥＶモードでは、内燃機関１の余剰のエネルギを電力として回収することができる。

ここで、ＥＶモードからＨＥＶモードへ遷移するときには、第１クラッチ６を締結し、モータジェネレータ５のトルクを用いて内燃機関１を始動する。また、アイドルストップ中の内燃機関１を再始動する際にも、第１クラッチ６を締結し、モータジェネレータ５のトルクを用いて始動する。

なお、第２クラッチ７は、いわゆる発進クラッチとして機能し、車両発進時に伝達トルク容量を可変制御してスリップ締結させることにより、トルクコンバータを具備しないパワートレーンにあってもトルク変動を吸収し円滑な発進を可能としている。

内燃機関１の排気通路１０Ａには、排気を浄化するための三元触媒１０（以下、単に「触媒」と呼ぶ）が設けられている。

図２は、上記の内燃機関１に設けられる可変圧縮比機構１１を示す断面図である。この可変圧縮比機構１１は、ピストン１Ｂとクランクシャフト１ａのクランクピン１３とを複数のリンク部品で連結した複リンク式ピストン−クランク機構を利用したものであって、基本的な構造は上記の特開２０１２−６７７５８号公報等にも記載のように公知であるので、ここでは簡単に説明する。

この可変圧縮比機構１１は、クランクピン１３に回転可能に取り付けられるロアーリンク１４と、このロアーリンク１４とピストン１Ｂとを連結するアッパーリンク１５と、機関本体としてのシリンダーブロック１Ｃに回転可能に支持されるコントロールシャフト１６と、このコントロールシャフト１６とロアーリンク１４とを連結するコントロールリンク１７と、を有している。

ピストン１Ｂとアッパーリンク１５の上端とはピストンピン１８により相対回転可能に連結されており、アッパーリンク１５の下端とロアーリンク１４とは第１連結ピン１９により相対回転可能に連結されており、コントロールリンク１７の上端とロアーリンク１４とは第２連結ピン２０により相対回転可能に連結されており、コントロールリンク１７の下端はコントロールシャフト１６に偏心して設けられた偏心軸部１６Ａに相対回転可能に取り付けられている。

また、コントロールシャフト１６には、その回転位置を変更可能な可変圧縮比モータ２１が接続しており、この可変圧縮比モータ２１によりコントロールシャフト１６の回転位置を変更することによって、ピストン１Ｂの上死点位置及び下死点位置を含むピストン１Ｂのストローク特性を変化させ、ひいては機関圧縮比を変更する。アクチュエータの動作は制御部２２によって機関運転状態に応じて制御される。この制御部２２は、点火時期制御や燃料噴射制御の他、後述するように機関始動時の制御等を記憶及び実行する機能を有している。

更に、この内燃機関１には、吸気弁のバルブタイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構２３が設けられている。このような可変バルブタイミング機構２３は公知であるために、簡単に説明すると、吸気弁を駆動するカムシャフトとクランクシャフトとの回転位相を変更することにより、吸気弁の開時期と閉時期を同時かつ連続的に遅角もしくは進角するものである。この可変バルブタイミング機構２３の動作もまた、制御部２２により制御される。

また、この内燃機関１には、吸気通路を開閉する電制のスロットルバルブ２４が設けられており、このスロットルバルブ２４のスロットル開度も上記の制御部２２により制御される。

図３は、本実施例の要部をなす車両減速運転時の制御の流れを示すフローチャートである。本ルーチンは、上記の制御部２２により記憶及び実行される。

ステップＳ１１では、内燃機関１の始動要求が検出された否かを判定する。始動要求が無ければ本ルーチンを終了する。機関始動要求が検出された場合、ステップＳ１２へ進み、第１クラッチ６を開放、第２クラッチ７を接続し、モータジェネレータ５のみにより車両を駆動するＥＶモードでの走行が行なわれている状態であるか否かを判定する。ＥＶ走行が行なわれていなければ、ステップＳ１３へ進み、第１の始動モードにより内燃機関１を始動する。例えば、シフトレバーがＮレンジ又はＰレンジにあり、第２クラッチ７が開放された状態で内燃機関を始動する場合に、この第１の始動モードにより内燃機関１の始動が行なわれる。この第１の始動モードでは、低回転でも確実に初爆が行なわれ、有る程度のエンジントルクが出力されるように、機関圧縮比が高圧縮比側に設定され、かつ、吸気弁の閉時期（ＩＶＣ）を下死点よりも遅角させたいわゆるデコンプ状態とした第１の設定とする。

なお、この実施例では、簡易的にＥＶ走行モードでなければ第２クラッチ７が開放していると判断しているが、第２クラッチ７が開放しているかの処理を追加し、その判断に応じて始動モードを切り換えるようにしても良い。

一方、ＥＶ走行状態であれば、ステップＳ１２からステップＳ１４へ進み、第２の始動モードにより内燃機関１を始動する。この第２の始動モードでは、上述した第１の設定に対して、機関圧縮比を低下させるとともに、吸気弁閉時期（ＩＶＣ）を下死点から遠ざけた第２の設定とする。このように第２クラッチ７を接続したＥＶモードでの第２の始動モードでは、機関圧縮比を低くするとともに吸気弁の閉時期を下死点から遠ざけることで、有効圧縮比を低くし、機関始動時のモータジェネレータ５によるクランキングトルクを低く抑えることができる。従って、クランキングに必要なモータジェネレータ５のトルクを抑制し、ＥＶモードで走行するＥＶ走行領域を拡大することができるとともに、第２クラッチ７が接続している状態でのクランキングトルクを抑制して、トルク変動を抑制するとともに、燃費向上を図ることができる。

続くステップＳ１５では、運転者によるアクセル操作やバッテリ９の充電状態（ＳＯＣ）等に基づいて演算される目標エンジントルクを検出し、この目標エンジントルクが所定値以下であるか否かを判定する。目標エンジントルクが所定値を超えていれば、ステップＳ１５の判定が否定されてステップＳ１６へ進み、ステップＳ１４で設定されたＥＶ走行モードでの機関始動時の基準となる第２の設定に対し、機関圧縮比を低下させるとともに、吸気弁閉時期（ＩＶＣ）を下死点に近づける。

一方、目標エンジントルクが所定値以下の場合には、ステップＳ１５からステップＳ１７へ進み、最初の燃焼である初爆が発生したか否かを判定する。この初爆の判定は、例えば機関回転数の変動などから推定することができる。初爆が発生していなければステップＳ１５へ戻る。初爆が発生するとステップＳ１８へ進み、ステップＳ１４で設定されたＥＶ走行モードでの機関始動時の基準となる第２の設定に対し、機関圧縮比を高くするとともに、吸気弁閉時期（ＩＶＣ）を下死点から遠ざける。加えて、ステップＳ１９において、ステップＳ１８での機関圧縮比の高圧縮比化にあわせて、点火時期を遅角する。

ステップＳ２０では、機関圧縮比や吸気弁閉時期（ＩＶＣ）等に基づいて、内燃機関１が出力するエンジントルクを推定し、このエンジントルクが、車両運転状態に基づいて設定される上記の目標エンジントルクを超えているか否かを判定する。エンジントルクが目標エンジントルクを超えている場合、ステップＳ２１へ進み、第１クラッチ６の容量を下げて、第１クラッチ６を滑らせるか、あるいはエンジントルクが目標エンジントルクを超えている分を吸収・相殺するように、モータジェネレータ５が出力するモータトルクを低下側に補正する。

図４〜図８は、本実施例の制御を適用した場合の機関始動時の制御内容の幾つかの例を示すタイミングチャートである。同図を参照して、本実施例の特徴的な構成及び作用効果について説明する。なお、図４〜図８において、時刻ｔ１は機関始動要求を検出したタイミングであり、時刻ｔ２は初爆の発生を検出したタイミングであり、時刻ｔ３はエンジントルクが目標エンジントルクを超えたタイミングである。

［１］駆動輪側クラッチである第２クラッチ７を開放した状態で内燃機関１を始動する第１の始動モードでは、上記のステップＳ１３において、機関圧縮比を高圧縮比側、吸気弁の閉時期を下死点よりも遅角させる第１の設定としている。これによって、機関回転数が低い場合であっても確実に初爆を行なうことができるとともに、始動後にもある程度のエンジントルクを出力することが可能となり、安定した始動を行なうことができる。この際、第２クラッチ７が開放しているために、エンジントルクが駆動輪２側に伝達されるおそれはない。

一方、第２クラッチ７を接続したＥＶモード状態で、モータジェネレータ５により内燃機関１を始動する第２の始動モードにおいては、上記のステップＳ１４及び図４に示すように、上記第１の設定に対し、機関圧縮比を低くするとともに吸気弁の閉時期を下死点から遠ざけた第２の設定とする。これにより有効圧縮比を低くし、機関始動時のモータジェネレータ５によるクランキングトルクを低く抑えることができる。従って、クランキングに必要なモータジェネレータ５のトルクを抑制し、ＥＶモードで走行するＥＶ走行領域を拡大することができるとともに、第２クラッチ７が接続している状態でのクランキングトルクを抑制して、トルク変動を抑制するとともに、燃費向上を図ることができる。

［２］また、この第２の始動モードでは、車両運転状態に応じて設定される目標エンジントルクが所定値を超えている場合、上記のステップＳ１６及び図５に示すように、上述した第２の設定に対して、上記機関圧縮比を低くするとともに吸気弁の閉時期を下死点に近づける。このように、目標エンジントルクが大きい場合には、機関圧縮比を下げるとともに、吸気弁閉時期（ＩＶＣ）を下死点に近づけることで、機関始動後の充填効率が高くなり、ノッキングを生じることなくスムーズに機関始動を行なうことができる。

［３］一方、この第２の始動モードにおいて、車両運転状態に応じて設定される目標エンジントルクが所定値以下の場合、ステップＳ１８及び図６に示すように、第２の設定に対して、機関圧縮比を高くするとともに吸気弁の閉時期を下死点から遠ざける。このように目標エンジントルクが小さい場合には、機関圧縮比を高くして、高い膨張比で効率の良い設定を行なうことができるために、燃費性能を向上することができる。但し、このような高圧縮比の設定とした場合、急加速時には空気が直ぐに充填されず、ノッキングも発生し易いものの、本実施例では、吸気弁閉時期を下死点から遠ざけることにより、有効圧縮比を低下させ、ノッキングの発生を抑制しつつ、クランキングトルクを小さくして、消費電力を抑制することができる。

［４］また本実施例では、モータジェネレータ５が出力可能なモータトルクを検出し、この出力可能なモータトルクに応じて、機関圧縮比と吸気弁の閉時期の少なくとも一方を制御している。具体的には、出力可能なモータトルクが小さくなるほど、機関圧縮比を低下させる、あるいは吸気弁閉時期を下死点から遠ざけることで、有効圧縮比を低下させる。これによって、クランキングトルクを小さくし、出力可能なモータトルクが低下してもスムーズに内燃機関の始動を行なうことが可能となる。

［５］図６に示すように、第２の始動モードにおいて機関圧縮比を高くする場合、初爆（時刻ｔ２））後に機関圧縮比を高くしている。このように、初爆前には機関圧縮比を低い状態としてクランキングトルクを小さくし、ＥＶ走行領域の拡大や消費電力の抑制を図りつつ、初爆後に高圧縮比化することにより、初爆後にスムーズにエンジントルクを高めることができる。

［６］また、図６に示すように、第２の始動モードにおいて機関圧縮比を高くする場合、初爆後に機関圧縮比を高くすることにあわせて、点火時期を遅角している。このように機関圧縮比を高くすると同時に点火時期を遅角することで、高圧縮比化によるエンジントルクの増加を、応答性に優れた点火時期の遅角によるエンジントルクの低下により相殺・吸収し、急激なエンジントルクの変動を抑制して、駆動輪２側へ伝達するトルク変動を抑制することができる。

［７］図７に示すように、第２の始動モードでは、機関圧縮比と吸気弁の閉時期とに基づいて初爆時のエンジントルクを推定し、このエンジントルクが、車両運転状態に応じて設定される目標エンジントルクを超えている場合（時刻ｔ３）、駆動源側クラッチである第１クラッチ６の容量を低下させて、この第１クラッチ６を滑らせている。このように第１クラッチ６の容量を低下して第１クラッチ６を滑らせることで、目標エンジントルクを超えるエンジントルクが駆動輪２側へ伝達することを低減・抑制して、トルク変動を抑えることができる。

［８］あるいは図８に示すように、第２の始動モードでは、エンジントルクが目標エンジントルクを超えている場合に（時刻ｔ３）、モータジェネレータ５が出力するモータトルクを低下側に補正する。このようにエンジントルクが目標エンジントルクを超える分、モータトルクを低下側に補正することで、エンジントルクの過度な上昇を抑えて、トルク変動を抑制することができる。

以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形・変更を含むものである。

１…火花点火式内燃機関
５…モータジェネレータ
６…第１クラッチ（駆動源側クラッチ）
７…第２クラッチ（駆動輪側クラッチ）
９…バッテリ
１０…触媒
１１…可変圧縮比機構
２２…制御部
２３…可変バルブタイミング機構
２４…スロットルバルブ

Claims (8)

1. 車両駆動源としての内燃機関及びモータジェネレータと、
   吸気弁の閉時期を変更可能な可変バルブタイミング機構と、
   機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、
   上記モータジェネレータと駆動輪との間に介装された駆動輪側クラッチと、を有するハイブリッド車両の制御装置において、
   内燃機関を始動する始動モードとして、
   上記駆動輪側クラッチを開放した状態で内燃機関を始動する第１の始動モードと、
   上記駆動輪側クラッチを接続して上記モータジェネレータにより車両の走行を行なうＥＶモード状態で、上記モータジェネレータにより内燃機関を始動する第２の始動モードと、を有し、
   上記第１の始動モードでは、上記機関圧縮比を高圧縮比側、吸気弁の閉時期を下死点よりも遅角させる第１の設定とし、
   上記第２の始動モードでは、上記第１の設定に対して、上記機関圧縮比を低くするとともに吸気弁の閉時期を下死点から遠ざけた第２の設定とすることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 上記第２の始動モードでは、車両運転状態に応じて設定される目標エンジントルクが所定値を超えている場合、上記第２の設定に対して、上記機関圧縮比を低くするとともに吸気弁の閉時期を下死点に近づけ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制御装置
3. 上記第２の始動モードでは、車両運転状態に応じて設定される目標エンジントルクが所定値以下の場合、上記第２の設定に対して、上記機関圧縮比を高くするとともに吸気弁の閉時期を下死点から遠ざけることを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッド車両の制御装置
4. 上記モータジェネレータが出力可能なモータトルクを検出し、この出力可能なモータトルクに応じて、上記機関圧縮比と吸気弁の閉時期の少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のハイブリッド車両の制御装置。
5. 上記第２の始動モードにおいて上記機関圧縮比を高くする場合、初爆後に上記機関圧縮比を高くすることを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド車両の制御装置。
6. 上記第２の始動モードにおいて機関圧縮比を高くする場合、初爆後に機関圧縮比を高くするとともに点火時期を遅角することを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド車両の制御装置。
7. 上記内燃機関と上記モータジェネレータとの間に介装された駆動源側クラッチを有し、
   上記第２の始動モードでは、上記機関圧縮比と吸気弁の閉時期とに基づいて初爆時のエンジントルクを推定し、このエンジントルクが、車両運転状態に応じて設定される目標エンジントルクを超えている場合、上記駆動源側クラッチを滑らせることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のハイブリッド車両の制御装置。
8. 上記内燃機関と上記モータジェネレータとの間に介装された駆動源側クラッチを有し、
   上記第２の始動モードでは、上記機関圧縮比と吸気弁の閉時期とに基づいて初爆時のエンジントルクを推定し、このエンジントルク推定値が車両運転状態に応じて設定される目標エンジントルクを超えている場合、上記モータジェネレータが出力するモータトルクを低下側に補正することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のハイブリッド車両の制御装置。

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