JP4867687B2

JP4867687B2 - 内燃機関装置およびその制御方法並びに車両

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Publication number: JP4867687B2
Application number: JP2007028059A
Authority: JP
Inventors: 司安部; 和宏一本; 正敬服部
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-02-07
Filing date: 2007-02-07
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2027-02-07
Also published as: JP2008190495A

Description

本発明は、内燃機関装置およびその制御方法並びに車両に関する。

従来、この種の内燃機関装置としては、吸気バルブの開閉タイミングを変更する可変バルブタイミング機構を有するエンジンと、エンジンをモータリングするモータとを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、エンジンのアイドリング運転を停止する際に、エンジンを所定回転数でモータリングした状態で、吸気管圧力の負圧を高くしてから吸気バルブの開閉タイミングを最遅角タイミングとすることにより、シリンダ内の圧力の上昇を抑制して、エンジンの運転停止時に発生する振動を低減しようとしている。
特開２００１−３０４００５号公報

上述の内燃機関装置では、エンジンを次に始動するときの始動性を良好とする目的で、エンジンを運転停止する際に吸気バルブの開閉タイミングが最遅角タイミングになるよう制御する場合もある。この場合、油圧などを用いてカムシャフトの位相を変更する装置では、エンジンを運転停止した後であってもアクチュエータに保持された油圧を用いることにより吸気バルブを最遅角タイミングとすることも考えられるが、電動機などを用いてカムシャフトの位相を変更する装置では、回転停止したカムシャフトの位相を変更するのに必要な駆動力から体格の大きな電動機が必要となってしまうため、エンジンのクランクシャフトが回転している最中に最遅角タイミングとするのが望ましい。特に、システムオフする際には、直ちにエンジンを運転停止しないと運転者に違和感を与えてしまうため、アイドルストップに際して運転停止前に開閉タイミングを変更することが制御上可能であるのとは異なり、開閉タイミングを制御する十分な時間を確保することができない場合が生じる。

本発明の内燃機関装置およびその制御方法並びに車両は内燃機関を次に始動するときの始動性を良好とすることを目的とする。

本発明の内燃機関装置およびその制御方法並びに車両は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の内燃機関装置は、
内燃機関を有する内燃機関装置であって、
前記内燃機関の出力軸に機械的に連結され該出力軸の回転に伴って回転して前記内燃機関の吸気弁を開閉するカム機構と、前記カム機構が駆動しているときにのみ駆動可能で前記カム機構の前記出力軸に対する位相角を変更するために前記カム機構を駆動する機構駆動部と、を有し、前記出力軸の回転に対する開閉タイミングを変更可能に前記吸気弁を開閉する吸気弁開閉手段と、
前記内燃機関をモータリングするモータリング手段と、
所定の運転停止条件が成立したとき、燃料噴射が停止された状態で所定回転数で所定時間に亘って前記内燃機関がモータリングされるよう前記内燃機関と前記モータリング手段とを制御すると共に前記カム機構が駆動している最中に次の内燃機関の始動性を良好とするために前記吸気弁の開閉タイミングが変更可能な範囲で最も遅くなるタイミングに向けて変更されるよう前記吸気弁開閉手段を制御する停止時制御手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の内燃機関装置では、所定の運転停止条件が成立したときには、燃料噴射が停止された状態で所定回転数で所定時間に亘って内燃機関がモータリングされるよう内燃機関とモータリング手段とを制御すると共に内燃機関の出力軸に機械的に連結され出力軸の回転に伴って回転して内燃機関の吸気弁を開閉するカム機構が駆動している最中に次の内燃機関の始動性を良好とするために吸気弁の開閉タイミングが変更可能な範囲で最も遅くなるタイミングに向けて変更されるようカム機構が駆動しているときにのみ駆動可能でカム機構の出力軸に対する位相角を変更するためにカム機構を駆動する機構駆動部とカム機構とを有する吸気弁開閉手段を制御する。ここで、吸気弁の開閉タイミングが変更可能な範囲で最も遅くなるタイミングに向けて変更されるよう制御するのは、内燃機関を次に始動するときの圧縮工程に必要なエネルギーを低減することにより始動性を良好とすることができることに基づく。このように、所定の運転停止条件が成立したときには、内燃機関をモータリングするからカム機構が駆動しているときにのみ駆動可能な機構駆動部を駆動させることができ、この機構駆動部により吸気弁の開閉タイミングを変更可能な範囲で最も遅くなるタイミングに向けて変更することができる。この結果、内燃機関を次に始動するときの始動性を良好とすることができる。

こうした本発明の内燃機関装置において、前記所定の運転停止条件は、システムオフにより前記内燃機関を運転停止する条件を含む条件であるものとすることもできる。この場合、前記所定の運転停止条件は、前記内燃機関の温度を反映する物理量である機関温度反映物理量が所定量未満である条件を含む条件であるものとすることもできる。これは、内燃機関への燃料噴射を停止したときの機関温度反映物理量が小さいほど内燃機関の回転数が低下するのが早くなることに基づく。ここで、機関温度反映物理量としては、例えば内燃機関の冷却水の温度や潤滑油の温度などが含まれる。

また、本発明の内燃機関装置において、前記停止時制御手段は、前記内燃機関の回転数が前記所定回転数より小さな停止用回転数に至ったときに前記吸気弁開閉手段の制御を停止する手段であるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関をモータリングした後に内燃機関の回転数が停止用回転数に至るまでは吸気弁開閉手段の制御が継続されるから、吸気弁の開閉タイミングを変更可能な範囲で最も遅くなるタイミングに向けてより確実に変更することができる。この結果、内燃機関を次に始動するときの始動性をより良好とすることができる。また、内燃機関をモータリングした後に吸気弁の開閉タイミングが変更可能な範囲で最も遅くなるタイミングになった場合であっても、内燃機関の回転数が停止用回転数に至ったときには吸気弁開閉手段の制御が停止されるから、吸気弁開閉手段の機構駆動部によりカム機構を必要以上に駆動するのを抑止することができる。

この内燃機関の回転数が所定回転数よりも小さな停止用回転数に至ったときに吸気弁開閉手段の制御を停止する態様の本発明の内燃機関装置において、前記停止用回転数は、前記所定の運転停止条件とは異なる前記内燃機関を間欠運転する際の運転停止条件により前記内燃機関の運転を停止する際に前記吸気弁開閉手段の制御を停止する回転数より小さい回転数であるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関を間欠運転する際の運転停止条件が成立したときには、所定の運転停止条件が成立したときに比して吸気弁開閉手段の機構駆動部によりカム機構を駆動するのをより早く停止することができる。

本発明の内燃機関装置において、前記機構駆動部は、駆動源として電動機を備える駆動部であるものとすることもできる。

本発明の車両は、上述のいずれかの態様の本発明の内燃機関装置、即ち、基本的には、内燃機関を有する内燃機関装置であって、前記内燃機関の出力軸に機械的に連結され該出力軸の回転に伴って回転して前記内燃機関の吸気弁を開閉するカム機構と前記カム機構が駆動しているときにのみ駆動可能で前記カム機構の前記出力軸に対する位相角を変更するために前記カム機構を駆動する機構駆動部とを有し、前記出力軸の回転に対する開閉タイミングを変更可能に前記吸気弁を開閉する吸気弁開閉手段と、前記内燃機関をモータリングするモータリング手段と、所定の運転停止条件が成立したとき、燃料噴射が停止された状態で所定回転数で所定時間に亘って前記内燃機関がモータリングされるよう前記内燃機関と前記モータリング手段とを制御すると共に前記カム機構が駆動している最中に次の内燃機関の始動性を良好とするために前記吸気弁の開閉タイミングが変更可能な範囲で最も遅くなるタイミングになるよう前記吸気弁開閉手段を制御する停止時制御手段と、を備える内燃機関装置を搭載し、前記内燃機関からの動力を用いて走行するものであることを要旨とする。

この本発明の車両によれば、上述のいずれかの態様の本発明の内燃機関装置を搭載するから、本発明の内燃機関装置が奏する効果、例えば、内燃機関を次に始動するときの始動性を良好とすることができる効果や吸気弁開閉手段の機構駆動部によりカム機構を必要以上に駆動するのを抑止することができる効果などと同様の効果を奏することができる。

本発明の内燃機関装置の制御方法は、
内燃機関を有し、前記内燃機関の出力軸に機械的に連結され該出力軸の回転に伴って回転して前記内燃機関の吸気弁を開閉するカム機構と前記カム機構が駆動しているときにのみ駆動可能で前記カム機構の前記出力軸に対する位相角を変更するために前記カム機構を駆動する機構駆動部とを有し前記出力軸の回転に対する開閉タイミングを変更可能に前記吸気弁を開閉する吸気弁開閉手段と、前記内燃機関をモータリングするモータリング手段と、を備える内燃機関装置の制御方法であって、
所定の運転停止条件が成立したとき、燃料噴射が停止された状態で所定回転数で所定時間に亘って前記内燃機関がモータリングされるよう前記内燃機関と前記モータリング手段とを制御すると共に前記カム機構が駆動している最中に次の内燃機関の始動性を良好とするために前記吸気弁の開閉タイミングが変更可能な範囲で最も遅くなるタイミングに向けて変更されるよう前記吸気弁開閉手段を制御する、
ことを特徴とする。

この本発明の内燃機関装置の制御方法では、所定の運転停止条件が成立したときには、燃料噴射が停止された状態で所定回転数で所定時間に亘って内燃機関がモータリングされるよう内燃機関とモータリング手段とを制御すると共に内燃機関の出力軸に機械的に連結され出力軸の回転に伴って回転して内燃機関の吸気弁を開閉するカム機構が駆動している最中に次の内燃機関の始動性を良好とするために吸気弁の開閉タイミングが変更可能な範囲で最も遅くなるタイミングに向けて変更されるようカム機構が駆動しているときにのみ駆動可能でカム機構の出力軸に対する位相角を変更するためにカム機構を駆動する機構駆動部とカム機構とを有する吸気弁開閉手段を制御する。ここで、吸気弁の開閉タイミングが変更可能な範囲で最も遅くなるタイミングに向けて変更されるよう制御するのは、内燃機関を次に始動するときの圧縮工程に必要なエネルギーを低減することにより始動性を良好とすることができることに基づく。このように、所定の運転停止条件が成立したときには、内燃機関をモータリングするからカム機構が駆動しているときにのみ駆動可能な機構駆動部を駆動させることができ、この機構駆動部により吸気弁の開閉タイミングを変更可能な範囲で最も遅くなるタイミングに向けて変更することができる。この結果、内燃機関を次に始動するときの始動性を良好とすることができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての内燃機関装置を搭載するハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続された３軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、動力分配統合機構３０に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに取り付けられた減速ギヤ３５と、この減速ギヤ３５に接続されたモータＭＧ２と、装置全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。

エンジン２２は、例えばガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力可能な内燃機関として構成されており、図２に示すように、エアクリーナ１２２により清浄された空気をスロットルバルブ１２４を介して吸入する共に燃料噴射弁１２６からガソリンを噴射して吸入された空気とガソリンとを混合し、この混合気を吸気バルブ１２８を介して燃料室に吸入し、点火プラグ１３０による電気火花によって爆発燃焼させて、そのエネルギにより押し下げられるピストン１３２の往復運動をクランクシャフト２６の回転運動に変換する。エンジン２２からの排気は、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ），窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する浄化装置（三元触媒）１３４を介して外気へ排出される。

また、エンジン２２は、吸気バルブ１２８の開閉タイミングを連続的に変更可能な可変バルブタイミング機構１５０を備える。可変バルブタイミング機構１５０は、図３に示すように、吸気バルブ１２８を開閉するインテークカムシャフト１５２と、クランクシャフト２６にタイミングチェーンを介して接続されたカムスプロケットと一体化されてインテークカムシャフト１５２の位相を変更可能な可動部１５４と、この可動部１５４を駆動する直流ブラシレスモータとしてのＶＶＴ（ＶａｒｉａｂｌｅＶａｌｖｅＴｉｍｉｎｇ）モータ１５６とを備え、ＶＶＴモータ１５６の駆動によりクランクシャフト２６に対するインテークカムシャフト１５２の位相角を進角または遅角させて吸気バルブ１２８の開閉タイミングを連続的に変更することができるようになっている。なお、ＶＶＴモータ１５６としては、回転停止したインテークカムシャフト１５２の位相を変更するには大きな駆動力を要することから、クランクシャフト２６の回転に伴ってインテークカムシャフト１５２が回転している最中にのみ駆動可能な体格のものを用いている。インテークカムシャフト１５２の角度を進角させたときの吸気バルブ１２８の開閉タイミングおよびインテークカムシャフト１５２の角度を遅角させたときの吸気バルブ１２８の開閉タイミングの一例を図４に示す。実施例では、エンジン２２から効率よく動力が出力される吸気バルブ１２８の開閉タイミングにおけるインテークカムシャフト１５２の角度を基準角とし、インテークカムシャフト１５２の角度をその基準角よりも進角させることによりエンジン２２から高トルクが出力可能な運転状態とすることができ、インテークカムシャフト１５２の角度を最遅角させることによりエンジン２２の気筒内の圧力変動を小さくしてエンジン２２の運転の停止や始動に適した運転状態とすることができるよう構成されている。以下、実施例では、インテークカムシャフト１５２の角度が最遅角となる吸気バルブ１２８の開閉タイミングを最遅角タイミングＶＴ１という。

エンジン２２は、エンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により制御されている。エンジンＥＣＵ２４は、ＣＰＵ２４ａを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ２４ａの他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ２４ｂと、データを一時的に記憶するＲＡＭ２４ｃと、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２の状態を検出する種々のセンサからの信号、クランクシャフト２６の回転位置を検出するクランクポジションセンサ１４０からのクランクポジションやエンジン２２の冷却水の温度を検出する水温センサ１４２からの冷却水温Ｔｗ，燃焼室内に取り付けられた圧力センサ１４３からの筒内圧力，燃焼室へ吸排気を行なう吸気バルブ１２８を開閉するインテークカムシャフト１５２や排気バルブを開閉するエギゾーストカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサ１４４からのカムポジション，スロットルバルブ１２４のポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサ１４６からのスロットルポジション，吸気管に取り付けられたエアフローメータ１４８からのエアフローメータ信号，同じく吸気管に取り付けられた温度センサ１４９からの吸気温，空燃比センサ１３５ａからの空燃比，酸素センサ１３５ｂからの酸素信号などが入力ポートを介して入力されている。また、エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を駆動するための種々の制御信号、例えば、燃料噴射弁１２６への駆動信号や、スロットルバルブ１２４のポジションを調節するスロットルモータ１３６への駆動信号、イグナイタと一体化されたイグニッションコイル１３８への制御信号、可変バルブタイミング機構１５０のＶＶＴモータ１５６への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。なお、エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータを出力する。

動力分配統合機構３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合すると共にリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持するキャリア３４とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構３０は、キャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、サンギヤ３１にはモータＭＧ１が、リングギヤ３２にはリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５がそれぞれ連結されており、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側にそのギヤ比に応じて分配し、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力とサンギヤ３１から入力されるモータＭＧ１からの動力を統合してリングギヤ３２側に出力する。リングギヤ３２に出力された動力は、リングギヤ軸３２ａからギヤ機構６０およびデファレンシャルギヤ６２を介して、最終的には車両の駆動輪６３ａ，６３ｂに出力される。

モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ４１，４２を介してバッテリ５０と電力のやりとりを行なう。インバータ４１，４２とバッテリ５０とを接続する電力ライン５４は、各インバータ４１，４２が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかで発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。したがって、バッテリ５０は、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかから生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。なお、モータＭＧ１，ＭＧ２により電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ５０は充放電されない。モータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれもモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０により駆動制御されている。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、例えばモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などが入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ４０は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。

バッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２によって管理されている。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧，バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流，バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１からの電池温度Ｔｂなどが入力されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。なお、バッテリＥＣＵ５２では、バッテリ５０を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量（ＳＯＣ）も演算している。

ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット７０には、イグニッションスイッチ８０からのイグニッションオン（ＩＧＯＮ）信号やイグニッションオフ（ＩＧＯＦＦ）信号，シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力のすべてが動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されてリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にバッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する充放電運転モード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸３２ａに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。そして、実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２が運転されるトルク変換運転モードや充放電運転モードでの動作中に、エンジン２２に要求される要求パワーが閾値未満となる条件やバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が閾値以上となる条件などの自動停止条件が成立するとエンジン２２が停止され、運転モードがモータＭＧ２から要求動力に見合う動力を発生させるモータ運転モードに切り替えられる。また、エンジン２２が停止されるモータ運転モードでの動作中に、車速Ｖが閾値未満となる条件やバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が閾値未満となる条件などの自動始動条件が成立するとエンジン２２が始動され、運転モードがトルク変換運転モードや充放電運転モードへと切り替えられる。このように、実施例のハイブリッド自動車２０では、その運転状態に応じて、エンジン２２を始動または停止させるエンジン２２の間欠運転が実行される。

次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特に運転者の操作によりエンジン２２を運転停止する際の動作について説明する。図４は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行されるＩＧＯＦＦ時停止制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、イグニッションスイッチ８０からＩＧＯＦＦ信号を入力したときに実行される。

ＩＧＯＦＦ時停止制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、エンジンＥＣＵ２４に対して、エンジン２２のフューエルカットを指示し（ステップＳ１００）、吸気バルブ１２８の開閉タイミングＶＴを最遅角タイミングＶＴ１に向けて変更するようＶＶＴモータ１５６の駆動を指示する処理を実行する（ステップＳ１１０）。指示信号を受信したエンジンＥＣＵ２４は、燃料噴射を停止すると共に最遅角タイミングＶＴ１に向けてＶＶＴモータ１５６の駆動を開始する。ここで、エンジン２２を運転停止する際に吸気バルブ１２８の開閉タイミングＶＴを最遅角タイミングＶＴ１に向けて変更するのは、エンジン２２を次に始動するときの圧縮行程に必要なエネルギーを低減することにより始動性を良好とするためである。

続いて、エンジン２２の冷却水温Ｔｗを入力し（ステップＳ１２０）、入力したエンジン２２の冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。ここで、エンジン２２の冷却水温Ｔｗは、水温センサ１４２により検出されたものをエンジンＥＣＵ２４から通信により入力するものとした。また、閾値Ｔｒｅｆは、エンジン２２の潤滑オイルの粘性が十分低いか否か、即ち、エンジン２２のフューエルカットが行なわれてからクランクシャフト２６が回転停止するまでに吸気バルブ１２８の開閉タイミングＶＴを最遅角タイミングＶＴ１にすることができる時間が確保される程度にエンジン２２の潤滑オイルの粘性が十分低いか否かを判断するためのものであり、予め実験等により定められた値として例えば−５℃や−１０℃などの温度を用いることができる。

エンジン２２の冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ以上と判定されたときには、エンジン２２の回転数Ｎｅを入力すると共に入力したエンジン２２の回転数Ｎｅが停止用回転数Ｎｓｔｏｐ以下であるか否かを判定する処理を繰り返し実行し（ステップＳ１７０，Ｓ１８０）、エンジン２２の回転数Ｎｅが停止用回転数Ｎｓｔｏｐに至ったときには、エンジンＥＣＵ２４にＶＶＴモータ１５６の駆動停止を指示して（ステップＳ１９０）、本ルーチンを終了する。ここで、停止用回転数Ｎｓｔｏｐは、クランクシャフト２６の回転速度がＶＶＴモータ１５６によりインテークカムシャフト１５２を駆動することができなくなる速度より若干高い速度にまで低下したか否かを判断するためのものであり、予め実験等により定められた値として例えば８０ｒｐｍや１００ｒｐｍなどの回転数を用いることができる。

エンジン２２の冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ未満と判定されたときには、エンジン２２のフューエルカットが行なわれてからエンジン２２の回転数Ｎｅが停止用回転数Ｎｓｔｏｐに至るまでに最遅角タイミングＶＴ１への変更が完了しないおそれがあると判断して、予め定められた所定回転数Ｎｉｄｌ（例えば、８００ｒｐｍや１０００ｒｐｍなど）でエンジン２２がモータリングされるよう計算されたモータＭＧ１のトルク指令をモータＥＣＵ４０に送信し（ステップＳ１４０）、所定時間が経過するのを待ってから（ステップＳ１５０）、エンジン２２のモータリングが終了されるようモータＭＧ１の値０のトルク指令をモータＥＣＵ４０に送信する（ステップＳ１６０）。モータＭＧ１のトルク指令を受信したモータＥＣＵ４０は、値０のトルク指令を受信するまではトルク指令に相当するトルクがモータＭＧ１から出力されるようインバータ４１のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。ここで、エンジン２２をモータリングする処理では、シフトレバー８１の操作位置が駐車用ポジションにあるときには行なわれないが、シフトレバー８１の操作位置が走行用や中立のポジションにあるときには、モータＭＧ１からのトルクに応じて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力されるトルクをキャンセルするトルクがモータＭＧ２から出力されるようモータＭＧ２の制御も行なわれる。また、所定時間としては、実施例では、運転者によりＩＧＯＦＦされたにもかかわらずにエンジン２２のクランクシャフト２６の回転が継続したとしても運転者に違和感を与えない程度の短い時間（例えば、０．３秒や０．５秒など）を用いるものとした。こうして、エンジン２２の冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ未満であるためにエンジン２２の潤滑オイルの粘性が高く吸気バルブ１２８を最遅角タイミングＶＴ１にまで変更することができない可能性があると判断されたときであっても、エンジン２２のモータリングによりクランクシャフト２６の回転に伴ってインテークカムシャフト１５２の回転が継続されるから、インテークカムシャフト１５２が回転している最中にのみ駆動可能なＶＶＴモータ１５６を駆動させることができ、このＶＶＴモータ１５６の駆動により吸気バルブ１２８の開閉タイミングＶＴを最遅角タイミングＶＴ１に向けて変更することができる。

エンジン２２のモータリングを終了すると、上述したように、エンジン２２の回転数Ｎｅが停止用回転数Ｎｓｔｏｐに至るのを待ってから（ステップＳ１７０，Ｓ１８０）、エンジンＥＣＵ２４にＶＶＴモータ１５６の駆動停止を指示して（ステップＳ１９０）、本ルーチンを終了する。ここで、ＶＶＴモータ１５６を駆動停止する停止用回転数Ｎｓｔｏｐは、エンジン２２をモータリングする際の所定回転数Ｎｉｄｌより小さい回転数として予め定められているが、エンジン２２の間欠運転に際して自動停止条件が成立したときにＶＶＴモータ１５６の駆動を停止するエンジン２２の自動停止時用の回転数（例えば、２００ｒｐｍや２５０ｒｐｍなど）より小さい回転数を用いている。エンジン２２の間欠運転に際して自動停止条件が成立したときには、実施例では、エンジン２２を一旦アイドリング運転すると共にこのアイドリング運転中に吸気バルブ１２８の開閉タイミングＶＴを最遅角タイミングＶＴ１に向けて変更するようＶＶＴモータ１５６を駆動し、その後にフューエルカットを行なって、エンジン２２の回転数Ｎｅが上述の自動停止時用の回転数に至ったときにＶＶＴモータ１５６の駆動を停止している。このように制御する理由は、運転者によりＩＧＯＦＦされたときとは異なり、エンジン２２のフューエルカットを直ちに行なわなくても運転者に違和感を与えないことから、エンジン２２をアイドリング運転する時間を確保してからＶＶＴモータ１５６の駆動を停止することができるためであり、こうした制御により、エンジン２２の運転中に吸気バルブ１２８の開閉タイミングＶＴを最遅角タイミングＶＴ１に十分近いタイミングにまで変更しておくことができることになる。このように、エンジン２２の間欠運転に際して自動停止条件が成立したときには、フューエルカット前後のＶＶＴモータ１５６の駆動により吸気バルブ１２８の開閉タイミングＶＴが最遅角タイミングＶＴ１になったとしても、運転者によりＩＧＯＦＦされたときに比してＶＶＴモータ１５６の駆動を早く停止するから、ＶＶＴモータ１５６が電力消費を伴って発熱するなど必要以上に駆動するのを抑止することができる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、ＩＧＯＦＦされると共にエンジン２２の冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ未満との運転停止条件が成立したときには、エンジン２２のフューエルカットが行なわれた状態でエンジン２２が所定回転数Ｎｉｄｌで所定時間に亘ってモータリングされるようモータＭＧ１を制御するから、クランクシャフト２６の回転に伴ってインテークカムシャフト１５２が回転している最中にのみ駆動可能なＶＶＴモータ１５６を駆動させることができ、このＶＶＴモータ１５６の駆動により吸気バルブ１２８の開閉タイミングＶＴを最遅角タイミングＶＴ１に向けて変更することができる。この結果、エンジン２２を次に始動するときの圧縮行程に必要なエネルギーが低減されるから、エンジン２２を次に始動するときの始動性を良好なものとすることができる。また、エンジン２２をモータリングした後にエンジン２２の回転数Ｎｅが停止用回転数Ｎｓｔｏｐに至るまではＶＶＴモータ１５６の駆動を継続するから、吸気バルブ１２８の開閉タイミングＶＴをより遅いタイミングに向けて変更することができる。さらに、エンジン２２をモータリングした後に吸気バルブ１２８の開閉タイミングＶＴが最遅角タイミングＶＴ１になった場合であっても、エンジン２２の回転数Ｎｅが停止用回転数Ｎｓｔｏｐに至ったときにはＶＶＴモータ１５６の駆動は停止されるから、ＶＶＴモータ１５６が必要以上に駆動するのを抑止することができる。一方、エンジン２２の間欠運転に際して自動停止条件が成立したときには、エンジン２２の回転数Ｎｅが停止用回転数Ｎｓｔｏｐより大きな自動停止時用の回転数に至ったときにＶＶＴモータ１５６の駆動が停止されるから、運転者によりＩＧＯＦＦされたときに比してＶＶＴモータ１５６の駆動をより早く停止することができる。この結果、ＶＶＴモータ１５６が必要以上に駆動するのを抑止することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、ＩＧＯＦＦされると共にエンジン２２の冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ未満との運転停止条件が成立したときには、エンジン２２をモータリングしてＶＶＴモータ１５６を駆動するものとしたが、こうしたエンジン２２の冷却水温Ｔｗによる運転停止条件の成立に代えて又は加えて、エンジン２２の潤滑オイルの油温が所定温度未満との条件や吸気バルブ１２８の開閉タイミングＶＴが最遅角タイミングＶＴ１から所定範囲を超えている条件，エンジン２２の回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｉｄｌより小さな運転停止条件判定用の回転数より大きい条件などのうち少なくともいずれか１つを含む条件下でＩＧＯＦＦされるとの運転停止条件が成立しているときに、エンジン２２をモータリングしてＶＶＴモータ１５６を駆動するものとしてもよいし、単にＩＧＯＦＦされるとの運転停止条件が成立したときに、エンジン２２をモータリングしてＶＶＴモータ１５６を駆動するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、運転者によりＩＧＯＦＦされたときには、エンジン２２の回転数Ｎｅが間欠運転に際して自動停止条件が成立するのに伴ってＶＶＴモータ１５６を駆動停止する自動停止時用の回転数より小さい停止用回転数Ｎｓｔｏｐに至ったときにＶＶＴモータ１５６の駆動を停止するものとしたが、こうした自動停止時用の回転数と同じ停止用回転数や自動停止時用の回転数より大きい停止用回転数に至ったときにＶＶＴモータ１５６の駆動を停止するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２を所定時間に亘ってモータリングした後には、エンジン２２の回転数Ｎｅが停止用回転数Ｎｓｔｏｐに至るまでＶＶＴモータ１５６の駆動を継続するものとしたが、エンジン２２のクランクシャフト２６が回転停止するまでＶＶＴモータ１５６の駆動を継続するものとしてもよいし、吸気バルブ１２８が最遅角タイミングＶＴ１に至ったのを検出可能な装置では最遅角タイミングＶＴ１に至ったのが検出されるまでＶＶＴモータ１５６の駆動を継続するものとしてもよいし、エンジン２２の回転数ＮｅにかかわらずにＶＶＴモータ１５６の駆動を直ちに停止するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、可変バルブタイミング機構１５０は、クランクシャフト２６の回転に伴ってインテークカムシャフト１５２が回転している最中にのみ駆動可能な直流ブラシレスモータとしてのＶＶＴモータ１５６を備えるものとしたが、クランクシャフト２６の回転に伴ってインテークカムシャフト１５２が回転している最中にのみ駆動可能な駆動源であれば、如何なる種類のモータを備えるものとしてもよいし、モータとは異なる駆動源を備えるものとしても構わない。

実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２の動力を減速ギヤ３５により変速してリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図６の変形例のハイブリッド自動車１２０に例示するように、モータＭＧ２の動力をリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪６３ａ，６３ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図６における車輪６４ａ，６４ｂに接続された車軸）に接続するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の動力を動力分配統合機構３０を介して駆動輪６３ａ，６３ｂに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図７の変形例のハイブリッド自動車２２０に例示するように、エンジン２２のクランクシャフト２６に接続されたインナーロータ２３２と駆動輪６３ａ，６３ｂに動力を出力する駆動軸に接続されたアウターロータ２３４とを有し、エンジン２２の動力の一部を駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機２３０を備えるものとしてもよい。

実施例では、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに動力分配統合機構３０を介して動力を出力するエンジン２２およびモータＭＧ１と、リングギヤ軸３２ａに減速ギヤ３５を介して動力を入出力可能なモータＭＧ２とを備えるハイブリッド自動車２０に適用して説明したが、図８の自動車３２０に例示するように、駆動輪６３ａ，６３ｂに接続された駆動軸に変速機３２４を介して動力を出力するエンジン２２と、エンジン２２をモータリング可能なモータ３２６とを備えるものに適用するものとしてもよい。

ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な
要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン２２が「内燃機関」に相当し、吸気バルブ１２８を開閉するインテークカムシャフト１５２とインテークカムシャフト１５２が回転している最中にのみ駆動可能なＶＶＴモータ１５６および可動部１５４とを有する可変バルブタイミング機構１５０が「吸気弁開閉手段」に相当し、エンジン２２をモータリングするモータＭＧ１が「モータリング手段」に相当し、ＩＧＯＦＦされると共にエンジン２２の冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ未満との運転停止条件が成立しているときにエンジン２２のフューエルカットを指示してエンジン２２が所定回転数Ｎｉｄｌで所定時間に亘ってモータリングされるようモータＭＧ１のトルク指令を設定して送信すると共に吸気バルブ１２８の開閉タイミングＶＴを最遅角タイミングＶＴ１に向けて変更するようＶＶＴモータ１５６の駆動を指示するステップＳ１００〜Ｓ１６０の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット７０と受信したトルク指令でモータＭＧ１を駆動するモータＥＣＵ４０と燃料噴射を停止すると共に最遅角タイミングＶＴ１に向けてＶＶＴモータ１５６を駆動するエンジンＥＣＵ２４とが停止時制御手段に相当する。なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

また、こうしたハイブリッド自動車に搭載された内燃機関装置に限定されるものではなく、列車などの自動車以外の車両を含む移動体に搭載された内燃機関や建設設備などの移動しない設備に組み込まれた内燃機関などの内燃機関装置としてもよいし、内燃機関装置の制御方法の形態としても構わない。

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、内燃機関装置や車両の製造産業などに利用可能である。

本発明の一実施例である内燃機関装置を搭載するハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。エンジン２２の構成の概略を示す構成図である。可変バルブタイミング機構１５０の構成の概略を示す構成図である。インテークカムシャフト１５２の角度を進角させたときの吸気バルブ１２８の開閉タイミングおよびインテークカムシャフト１５２の角度を遅角させたときの吸気バルブ１２８の開閉タイミングの一例を示す説明図である。実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行されるＩＧＯＦＦ時停止制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。変形例の自動車３２０の構成の概略を示す構成図である。

符号の説明

２０，１２０，２２０ハイブリッド自動車、２２エンジン、２４エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２４ａＣＰＵ、２４ｂＲＯＭ、２４ｃＲＡＭ、２６クランクシャフト、２８ダンパ、３０動力分配統合機構、３１サンギヤ、３２リングギヤ、３２ａリングギヤ軸、３３ピニオンギヤ、３４キャリア、３５減速ギヤ、４０モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２インバータ、４３，４４回転位置検出センサ、５０バッテリ、５１温度センサ、５２バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４電力ライン、６０ギヤ機構、６２デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ駆動輪、６４ａ，６４ｂ車輪、７０ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ＣＰＵ、７４ＲＯＭ、７６ＲＡＭ、８０イグニッションスイッチ、８１シフトレバー、８２シフトポジションセンサ、８３アクセルペダル、８４アクセルペダルポジションセンサ、８５ブレーキペダル、８６ブレーキペダルポジションセンサ、８８車速センサ、１２２エアクリーナ、１２４スロットルバルブ、１２６燃料噴射弁、１２８吸気バルブ、１３０点火プラグ、１３２ピストン、１３４浄化装置、１３６，スロットルモータ、１３８イグニッションコイル、１４０クランクポジションセンサ、１４２水温センサ、１４３圧力センサ、１４４カムポジションセンサ、１４６スロットルバルブポジションセンサ、１４８エアフローメータ、１４９温度センサ、１５０可変バルブタイミング機構、１５２インテークカムシャフト、１５４可動部、１５６ＶＶＴモータ、２２４モータ、２３０対ロータ電動機、２３２インナーロータ、２３４アウターロータ、３２０自動車、３２４変速機、３２６モータ、ＭＧ１，ＭＧ２モータ。

Claims

内燃機関を有する内燃機関装置であって、
前記内燃機関の出力軸に機械的に連結され該出力軸の回転に伴って回転して前記内燃機関の吸気弁を開閉するカム機構と、前記カム機構が駆動しているときにのみ駆動可能で前記カム機構の前記出力軸に対する位相角を変更するために前記カム機構を駆動する機構駆動部と、を有し、前記出力軸の回転に対する開閉タイミングを変更可能に前記吸気弁を開閉する吸気弁開閉手段と、
前記内燃機関をモータリングするモータリング手段と、
所定の運転停止条件が成立したとき、燃料噴射が停止された状態で所定回転数で所定時間に亘って前記内燃機関がモータリングされるよう前記内燃機関と前記モータリング手段とを制御すると共に前記カム機構が駆動している最中に次の内燃機関の始動性を良好とするために前記吸気弁の開閉タイミングが変更可能な範囲で最も遅くなるタイミングに向けて変更されるよう前記吸気弁開閉手段を制御する停止時制御手段と、
を備え、
前記停止時制御手段は、前記内燃機関の回転数が前記所定回転数より小さな停止用回転数に至ったときに前記吸気弁開閉手段の制御を停止する手段であり、
前記停止用回転数は、前記所定の運転停止条件とは異なる前記内燃機関を間欠運転する際の運転停止条件により前記内燃機関の運転を停止する際に前記吸気弁開閉手段の制御を停止する回転数より小さい回転数である、
内燃機関装置。
前記所定の運転停止条件は、システムオフにより前記内燃機関を運転停止する条件を含む条件である請求項１記載の内燃機関装置。
前記所定の運転停止条件は、前記内燃機関の温度を反映する物理量である機関温度反映物理量が所定量未満である条件を含む条件である請求項２記載の内燃機関装置。
前記機構駆動部は、駆動源として電動機を備える駆動部である請求項１ないし３いずれか記載の内燃機関装置。
請求項１ないし４いずれか記載の内燃機関装置を搭載し、前記内燃機関からの動力を用いて走行する車両。
内燃機関を有し、前記内燃機関の出力軸に機械的に連結され該出力軸の回転に伴って回転して前記内燃機関の吸気弁を開閉するカム機構と前記カム機構が駆動しているときにのみ駆動可能で前記カム機構の前記出力軸に対する位相角を変更するために前記カム機構を駆動する機構駆動部とを有し前記出力軸の回転に対する開閉タイミングを変更可能に前記吸気弁を開閉する吸気弁開閉手段と、前記内燃機関をモータリングするモータリング手段と、を備える内燃機関装置の制御方法であって、
所定の運転停止条件が成立したとき、燃料噴射が停止された状態で所定回転数で所定時間に亘って前記内燃機関がモータリングされるよう前記内燃機関と前記モータリング手段とを制御すると共に前記カム機構が駆動している最中に次の内燃機関の始動性を良好とするために前記吸気弁の開閉タイミングが変更可能な範囲で最も遅くなるタイミングに向けて変更されるよう前記吸気弁開閉手段を制御するステップと、
前記内燃機関の回転数が前記所定回転数より小さな停止用回転数に至ったときに前記吸気弁開閉手段の制御を停止するステップとを含み、
前記停止用回転数は、前記所定の運転停止条件とは異なる前記内燃機関を間欠運転する際の運転停止条件により前記内燃機関の運転を停止する際に前記吸気弁開閉手段の制御を停止する回転数より小さい回転数である、
内燃機関装置の制御方法。