JP6476742B2 - ハイブリッド自動車の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、所定の条件に従って内燃機関の自動停止および自動再始動を行うとともに、自動再始動時に、膨張行程にある気筒への燃料噴射ならびに点火により自立始動を行うようにしたハイブリッド自動車の制御装置に関する。

所定の条件に従って内燃機関の自動停止および自動再始動を行うとともに、自動再始動時に、膨張行程にある気筒への燃料噴射ならびに点火により自立始動を行うようにした内燃機関が、例えば特許文献１に開示されている。つまり、自動再始動時に、スタータモータによるクランキングを行わずに内燃機関を始動しようとするものである。そして、特許文献１のものでは、自立始動時に吸排気弁の駆動に要するトルクを低減するために、リフト／作動角を変更可能な可変動弁機構を、自動停止の際に小リフト／作動角に制御するようにしている。

また、特許文献２には、手動変速機を備えたハイブリッド自動車において、車両減速時に機関回転速度が所定の共振帯（共振により車両振動が悪化する周波数帯域）に入らないように、自動クラッチを開放して内燃機関を車両駆動系から切り離すようにする技術が開示されている。

特開２００８−２２３４９９号公報 特開２０１４−１８９１８７号公報

特許文献１のように停止時にリフト／作動角を小さく制限すると、その後の自立始動の際に筒内に存在する空気量が少なくなり、最初の燃焼・爆発により得られる起動トルクが小さくなる。つまり、自立始動に必要な初回の起動トルクを大きく確保するためには、自立始動に先立つ自動停止の際に筒内に十分な量の空気を導入しておくことが望ましい。

一方、内燃機関の自動停止の際には、内燃機関への燃料供給が停止してからクランクシャフトの回転が完全に停止するまでの間に、内燃機関の回転速度が必ず共振帯を横切り、車両振動が一時的に悪化する。このときに、筒内の空気量が大であると、圧縮反力による振動入力が大となるため、共振による車両振動がより悪化する。

この発明に係るハイブリッド自動車の制御装置は、自動停止条件および自動再始動条件に従って内燃機関の自動停止および自動再始動を行うとともに、自動再始動時に、膨張行程にある気筒への燃料噴射ならびに点火により自立始動を行うようにしたハイブリッド自動車において、
内燃機関の自動停止における燃料供給停止後にスロットル弁開度を拡大するとともに、
スロットル弁開度の拡大から遅れてコレクタ圧力が所定圧力以上となったときに、内燃機関に接続されたモータ・ジェネレータによる発電を開始し、機関回転速度が共振帯を通過するまで、上記モータ・ジェネレータによる発電を行うようにしたものである。

自動停止の際に、燃料供給停止後にスロットル弁開度を拡大することにより、筒内に流入する空気量が大となり、クランクシャフトが完全に停止したときに膨張行程にある気筒の中に、より多くの空気が確保される。従って、その後の自動再始動の際に、初回の起動トルクを大きく得ることができる。

一方、スロットル弁開度を拡大すると、筒内に流入する空気量が大となることで圧縮反力が増加するが、燃料供給停止後に、少なくとも共振帯を通過する期間にモータ・ジェネレータにより発電を行うことで、トルク変動が吸収されてトルク変動の振幅が小さくなる。しかも、燃料供給停止後に機関回転速度がより急激に低下することになり、共振帯を通過する時間が短くなる。

この発明によれば、内燃機関の自動停止の際に、次の自立始動に備えた十分な空気量の確保と、この筒内空気量の増加が悪化要因となる車両振動の抑制と、を両立させることができる。

この発明に係るハイブリッド自動車の構成説明図。 自動停止の際の制御の第１実施例を示すフローチャート。 自動停止の際の制御の第２実施例を示すフローチャート。 自動停止の際の制御の第３実施例を示すフローチャート。 自動停止の際の制御の第４実施例を示すフローチャート。 自動停止の際の制御の第５実施例を示すフローチャート。 第１実施例の作用を示すタイムチャート。 第３実施例の作用を示すタイムチャート。 第４実施例の作用を示すタイムチャート。 同じく第４実施例の作用を示すタイムチャート。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明をハイブリッド自動車の内燃機関１に適用した実施例の構成説明図であって、内燃機関１のクランクシャフト２は、第１クラッチ３を介して第１モータ・ジェネレータ４の回転軸５の一端に接続されている。主に走行用モータとして機能する第１モータ・ジェネレータ４の回転軸５の他端には、第２クラッチ６を介して変速機例えばベルト式無段変速機（いわゆるＣＶＴ）７の入力軸８が接続されている。無段変速機７の出力軸９は、図示せぬ終減速機構を介して駆動輪１０に接続されている。また内燃機関１には、スタータとしても機能する第２モータ・ジェネレータ１１が付設されている。

内燃機関１は、４ストロークサイクルの直接噴射式火花点火式内燃機関であり、吸入空気量を制御するために、図示せぬ電子制御型スロットル弁を具備している。また、この内燃機関１は、車両の運転中に、所定の自動停止条件および自動再始動条件に従って自動停止および自動再始動を行うものであるが、自動再始動時には、膨張行程のまま止まっている気筒を判別して、当該気筒へ燃料噴射するとともに点火プラグによる点火を行って、いわゆる自立始動を行うように構成されている。

本発明は、自立始動を容易なものとするために、自動再始動に先立つ自動停止の際に吸入空気量の増大を図り、かつ、これに伴う車両振動の悪化を第２モータ・ジェネレータ１１を利用して抑制するようにしたものである。

なお、自立始動であっても、万一の始動不良を防止するために、第２モータ・ジェネレータ１１により始動初期のクランクシャフトの回転を僅かにアシストするようにしてもよい。

図２のフローチャートは、図示せぬハイブリッドコントローラにおいて実行される自動停止の際の制御の第１実施例を示している。このフローチャートに示すルーチンは、所定の自動停止条件が成立したときに実行されるものであり、ステップ１で、自動停止指令を出力する。これにより、内燃機関１の燃料供給（筒内への燃料噴射）が停止される。換言すれば、燃料カットが実行される。なお、このように燃料カットが開始されるタイミングでは、第１クラッチ３は既に開放状態に制御されている。そして、内燃機関１への燃料供給の停止と実質的に同時に、ステップ２において、スロットル弁開度の拡大を開始する。例えば、全開まで拡大してもよく、あるいは機関回転速度等に応じた適当な中間開度まで拡大するようにしてもよい。このスロットル弁開度の拡大により、燃料カット後に筒内に流入する空気量が増大する。

次に、ステップ３において、内燃機関１のスロットル弁下流の吸気コレクタ内の圧力（コレクタ圧力）が所定圧力Ｐｃ１以上となったか繰り返し判定する。コレクタ圧力は、例えば吸気コレクタに設けた吸気圧センサによって検出されるが、スロットル弁を通過する流量などから推定することも可能である。

コレクタ圧力が所定圧力Ｐｃ１以上となったら、ステップ４へ進み、第２モータ・ジェネレータ１１を用いた発電を開始する。この発電に伴うエネルギ吸収によって、内燃機関１の回転速度は速やかに低下し、かつ、筒内の圧縮反力によるトルク変動が抑制される。なお、このときの発電量としては、内燃機関１の回転速度が過度に急激に低下しない一方で、筒内の圧縮反力によるトルク変動を少なくとも部分的に抑制し得る程度の適宜なレベルに制御することが望ましい。

次のステップ５では、内燃機関１の回転速度が所定の回転速度（発電終了回転速度Ｎｅ２）以下となったか否かを繰り返し判定する。そして、所定の発電終了回転速度Ｎｅ２以下となった時点でステップ６へ進み、第２モータ・ジェネレータ１１による発電を終了する。なお、上記の発電終了回転速度Ｎｅ２は、内燃機関１の所定の共振帯の下限周波数に対応する共振下限回転速度ＮｅＬよりも低い回転速度に設定される。

図７は、上記第１実施例の作用を説明するためのタイムチャートであり、時間ｔ１において所定の自動停止条件が成立し、燃料カット指令がＯＮとなる。つまり、燃料供給が停止される。従って、内燃機関１の回転速度は図示するように低下していく。なお、図示する共振上限回転速度ＮｅＵと共振下限回転速度ＮｅＬとの間が共振帯である。

燃料供給の停止と実質的に同時に、スロットル弁開度の拡大指令が出力され、スロットル弁開度が所定の開度（例えば全開）まで増加する。これにより、コレクタ圧力は徐々に増加する。そして、このコレクタ圧力が所定の圧力Ｐｃ１に達した時間ｔ２において、第２モータ・ジェネレータ１１による発電が開始される。この発電開始により第２モータ・ジェネレータ１１の負荷が内燃機関１のクランクシャフトに加わるため、内燃機関１の回転速度はより速やかに低下し、上限回転速度ＮｅＵと下限回転速度ＮｅＬとの間の共振帯を短時間で通過する。また、圧縮反力によるクランクシャフトのトルク変動が第２モータ・ジェネレータ１１の負荷により抑制されるため、共振帯を通過する間における加振入力の振幅が小さくなり、この点からも車両の振動が抑制される。なお、仮想線で示す比較例は、第２モータ・ジェネレータ１１による発電を行わない場合の回転速度変化を示しており、この場合は、共振帯に長く留まり、かつ加振入力となるトルク変動も大きなものとなる。

時間ｔ３において、内燃機関１の回転速度が所定の発電終了回転速度Ｎｅ２まで低下し、この時点で第２モータ・ジェネレータ１１による発電が終了する。

なお、第２モータ・ジェネレータ１１による発電を開始するトリガとなるコレクタ圧力の所定の圧力Ｐｃ１は、内燃機関１の回転速度が共振上限回転速度ＮｅＵまで低下しない段階で発電が開始されるように、適宜に設定することが望ましい。

次に、図３は、自動停止の際の制御の第２実施例を示すフローチャートである。この第２実施例は、図２に示した第１実施例におけるステップ３の処理に代えて、ステップ３Ａの処理を行うようにしたものであり、他のステップは、第１実施例のものと特に変わりがない。

すなわち、この第２実施例においては、内燃機関１への燃料供給の停止（ステップ１）およびスロットル弁開度の拡大（ステップ２）を開始した後、ステップ３Ａにおいて、スロットル弁開度の拡大開始後、所定時間Ｔ１が経過したか否かを繰り返し判定する。所定時間Ｔ１が経過したら、ステップ４へ進み、第２モータ・ジェネレータ１１を用いた発電を開始する。その後、内燃機関１の回転速度が所定の回転速度（発電終了回転速度Ｎｅ２）以下となった時点で、第２モータ・ジェネレータ１１による発電を終了する（ステップ５，６）。

この第２実施例では、図７に示したタイムチャートにおいて、時間ｔ３のタイミングが時間ｔ２からの経過時間で規定されることとなる。なお、所定時間Ｔ１は、コレクタ圧力が十分に上昇するようにしつつ、内燃機関１の回転速度が共振上限回転速度ＮｅＵまで低下しない段階で発電が開始されるように、適宜に設定することが望ましい。
なお、上記第２実施例は、厳密には特許請求の範囲に含まれない参考例である。

次に、図４は、自動停止の際の制御の第３実施例を示すフローチャートである。この第３実施例は、図２に示した第１実施例におけるステップ３の処理に代えて、ステップ３Ｂの処理を行うようにしたものであり、他のステップは、第１実施例のものと特に変わりがない。

すなわち、この第３実施例においては、内燃機関１への燃料供給の停止（ステップ１）およびスロットル弁開度の拡大（ステップ２）を開始した後、ステップ３Ｂにおいて、内燃機関１の回転速度が所定の回転速度（発電開始回転速度Ｎｅ１）以下となったか繰り返し判定する。発電開始回転速度Ｎｅ１は、共振上限回転速度ＮｅＵよりも僅かに高い回転速度に設定される。所定の発電開始回転速度Ｎｅ１以下まで内燃機関１の回転速度が低下したら、ステップ３Ｂからステップ４へ進み、第２モータ・ジェネレータ１１を用いた発電を開始する。その後、内燃機関１の回転速度が所定の回転速度（発電終了回転速度Ｎｅ２）以下となった時点で、第２モータ・ジェネレータ１１による発電を終了する（ステップ５，６）。

図８は、上記第３実施例の作用を説明するタイムチャートである。図７の例と同様に、時間ｔ１において所定の自動停止条件が成立し、燃料カット指令がＯＮとなり、これと実質的に同時に、スロットル弁開度の拡大が開始される。燃料供給の停止により内燃機関１の回転速度は図示するように低下していくが、この回転速度が所定の発電開始回転速度Ｎｅ１まで低下した時間ｔ２の時点において、第２モータ・ジェネレータ１１による発電が開始される。そして、内燃機関１の回転速度が所定の発電終了回転速度Ｎｅ２まで低下した時間ｔ３の時点において、第２モータ・ジェネレータ１１による発電が終了する。
なお、上記第３実施例は、厳密には特許請求の範囲に含まれない参考例である。

次に、図５は、自動停止の際の制御の第４実施例を示すフローチャートである。この第４実施例は、内燃機関１が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を備えていることを前提としており、図２に示した第１実施例におけるステップ３の処理に代えて、ステップ３Ｃの処理を行うようにしたものである。他のステップは、第１実施例のものと特に変わりがない。

可変バルブタイミング機構は、例えば、回転型の油圧アクチュエータによりクランクシャフトに対するカムシャフトの位相を相対的に変更する公知の構成のものが用いられる。そして、この可変バルブタイミング機構によって変更されるバルブタイミングは、機関運転中は機関運転条件に応じて制御されるが、内燃機関１の自動停止の際には、吸気弁閉時期が次の自動再始動に適したクランク角となって停止するように所定の目標値へ向かって制御される。なお、油圧を駆動源とする可変バルブタイミング機構においては、油圧が失われる機関停止中は一般にバルブタイミングの変更が行えない。

第４実施例においては、内燃機関１への燃料供給の停止（ステップ１）およびスロットル弁開度の拡大（ステップ２）を開始した後、ステップ３Ｃにおいて、可変バルブタイミング機構によるバルブタイミングが機関停止後の目標値近傍に達したか否かを繰り返し判定する。詳しくは、目標値を中心に±α（αは微小値）の位置にそれぞれ閾値が設定され、これら閾値に達したか否かが判定される。バルブタイミングが目標値近傍の閾値に達したら、ステップ３Ｃからステップ４へ進み、第２モータ・ジェネレータ１１を用いた発電を開始する。その後、内燃機関１の回転速度が所定の回転速度（発電終了回転速度Ｎｅ２）以下となった時点で、第２モータ・ジェネレータ１１による発電を終了する（ステップ５，６）。

図９は、上記第４実施例の作用を説明するタイムチャートである。これは、特に、内燃機関１の自動停止時のバルブタイミングに対し、最終的なバルブタイミングの目標値ＣＡ１が吸気量増大方向（例えば吸気弁閉時期が下死点に近付く方向）に設定される場合の例を示している。図７の例と同様に、時間ｔ１において所定の自動停止条件が成立し、燃料カット指令がＯＮとなり、これと実質的に同時に、スロットル弁開度の拡大が開始される。燃料供給の停止により内燃機関１の回転速度は図示するように低下していく。また、可変バルブタイミング機構によるバルブタイミングは、下死点よりも遅れ側にあった吸気弁閉時期が下死点に近付くように、目標値ＣＡ１へ向かって徐々に変化していく。そして、このバルブタイミングが、目標値ＣＡ１の近傍に設定された閾値ＣＡ２に達した時間ｔ２の時点において、第２モータ・ジェネレータ１１による発電が開始される。そして、内燃機関１の回転速度が所定の発電終了回転速度Ｎｅ２まで低下した時間ｔ３の時点において、第２モータ・ジェネレータ１１による発電が終了する。

従って、バルブタイミングが筒内空気量を十分に確保できる特性となってから第２モータ・ジェネレータ１１による発電が開始されることとなり、自立始動に備えて筒内空気量を十分に確保することができる。

次に、図１０は、上記第４実施例の作用の異なる例を示すタイムチャートである。これは、特に、内燃機関１の自動停止時のバルブタイミングに対し、最終的なバルブタイミングの目標値ＣＡ３が吸気量減少方向（例えば吸気弁閉時期が下死点から離れる方向）に設定される場合の例を示している。図９の例と同様に、時間ｔ１において所定の自動停止条件が成立し、燃料カット指令がＯＮとなり、これと実質的に同時に、スロットル弁開度の拡大が開始される。燃料供給の停止により内燃機関１の回転速度は図示するように低下していく。また、可変バルブタイミング機構によるバルブタイミングは、下死点近傍にあった吸気弁閉時期が下死点から離れるように、目標値ＣＡ３へ向かって徐々に変化していく。そして、このバルブタイミングが、目標値ＣＡ３の近傍に設定された閾値ＣＡ４に達した時間ｔ２の時点において、第２モータ・ジェネレータ１１による発電が開始される。そして、内燃機関１の回転速度が所定の発電終了回転速度Ｎｅ２まで低下した時間ｔ３の時点において、第２モータ・ジェネレータ１１による発電が終了する。

従って、この例では、次の自動再始動時に吸気弁閉時期が過度に遅角することにより生じるプレイグニッションの抑制や、圧縮反力が過度に大きくなることによる始動性低下の抑制、などが図れる。その一方で、自動停止の際には、スロットル弁開度の拡大によって筒内空気量を十分に大きく確保することができる。

図９の例の目標値ＣＡ１と図１０の例の目標値ＣＡ３とは、種々の条件により互いに異なっている場合もあり、また同じ目標値であってもよい。
なお、上記第４実施例は、厳密には特許請求の範囲に含まれない参考例である。

次に、図６は、自動停止の際の制御の第５実施例を示すフローチャートである。この第５実施例は、第４実施例と同じく、内燃機関１が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を備えていることを前提としている。これは、図２に示した第１実施例におけるステップ３の処理に加えて、第４実施例のステップ３Ｃの処理ならびに第３実施例のステップ３Ｂの処理を行うようにしたものである。他のステップは、第１〜第４実施例のものと特に変わりがない。ステップ３Ｃの判定とステップ３Ｂの判定は、互いにＯＲ条件の関係を有し、これらとステップ３の判定とがＡＮＤ条件の関係を有している。

すなわち、この第５実施例においては、内燃機関１への燃料供給の停止（ステップ１）およびスロットル弁開度の拡大（ステップ２）を開始した後、ステップ３において、内燃機関１のコレクタ圧力が所定圧力Ｐｃ１以上となったか繰り返し判定する。コレクタ圧力が所定圧力Ｐｃ１以上となったら、ステップ３Ｃへ進み、可変バルブタイミング機構によるバルブタイミングが機関停止後の目標値近傍に達したか否かを繰り返し判定する。詳しくは、目標値を中心に±α（αは微小値）の位置にそれぞれ閾値が設定され、これら閾値に達したか否かが判定される。バルブタイミングが目標値近傍の閾値に達したら、ステップ３Ｃからステップ４へ進み、第２モータ・ジェネレータ１１を用いた発電を開始する。

一方、ステップ３ＣでＮＯであれば、さらにステップ３Ｂにおいて、内燃機関１の回転速度が所定の回転速度（発電開始回転速度Ｎｅ１）以下となったか繰り返し判定する。発電開始回転速度Ｎｅ１は、共振上限回転速度ＮｅＵよりも僅かに高い回転速度に設定される。所定の発電開始回転速度Ｎｅ１以下まで内燃機関１の回転速度が低下したら、バルブタイミングに拘わらず、ステップ３Ｂからステップ４へ進み、第２モータ・ジェネレータ１１を用いた発電を開始する。

その後、内燃機関１の回転速度が所定の回転速度（発電終了回転速度Ｎｅ２）以下となった時点で、第２モータ・ジェネレータ１１による発電を終了する（ステップ５，６）。

１…内燃機関
３…第１クラッチ
４…第１モータ・ジェネレータ
６…第２クラッチ
７…無段変速機
１１…第２モータ・ジェネレータ

Claims (4)

1. 自動停止条件および自動再始動条件に従って内燃機関の自動停止および自動再始動を行うとともに、自動再始動時に、膨張行程にある気筒への燃料噴射ならびに点火により自立始動を行うようにしたハイブリッド自動車において、
   内燃機関の自動停止における燃料供給停止後にスロットル弁開度を拡大するとともに、
   スロットル弁開度の拡大から遅れてコレクタ圧力が所定圧力以上となったときに、内燃機関に接続されたモータ・ジェネレータによる発電を開始し、機関回転速度が共振帯を通過するまで、上記モータ・ジェネレータによる発電を行う、ハイブリッド自動車の制御装置。
2. 上記の発電の開始後、共振帯の下限回転速度よりも低く設定された所定の発電終了回転速度まで機関回転速度が低下したときに、上記発電を終了する、ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド自動車の制御装置。
3. 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を備えており、
   上記コレクタ圧力が上記所定圧力以上であり、かつ上記可変バルブタイミング機構によって変化していく吸気弁の閉時期が機関停止後の目標値近傍に達したときに上記発電を開始する、ことを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド自動車の制御装置。
4. 上記コレクタ圧力が上記所定圧力以上であり、かつ機関回転速度が所定の発電開始回転速度まで低下したら、上記吸気弁の閉時期に拘わらず上記発電を開始する、ことを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド自動車の制御装置。

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