JP2004218555A

JP2004218555A - ハイブリッド車両の制御装置

Info

Publication number: JP2004218555A
Application number: JP2003007844A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Yuasa; 弘之湯浅; Yoshikazu Tanaka; 芳和田中
Original assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-01-16
Filing date: 2003-01-16
Publication date: 2004-08-05

Abstract

【課題】駆動源としてエンジン及びモータを備え、車両停止時にエンジンを停止させ、前記モータで走行を開始させる構成のハイブリッド車両において、エンジン始動に伴う振動の発生を抑止する。
【解決手段】エンジンの始動要求が発生すると（Ｓ１）、可変バルブタイミング機構によって吸気バルブのバルブタイミングを最大限に進角させることで、バルブオーバーラップ量を最大にすると共に（Ｓ２）、スロットルモータによってスロットルバルブを全開に開くことで（Ｓ３）、ポンピング抵抗を軽減させた状態でクランキングを行わせる。そして、エンジン回転数が所定回転数以上になると（Ｓ４）、バルブオーバーラップ量及びスロットル開度を通常に戻し（Ｓ５，Ｓ６）、エンジンへの燃料噴射を開始させる（Ｓ７）。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動源としてエンジンとモータを有するハイブリッド車両の制御装置に関し、詳しくは、前記エンジンを始動するときの制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、駆動源としてエンジンとモータを有するハイブリッド車両が知られている（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照）。
【０００３】
前記ハイブリッド車両では、車両停止時には、エンジン，ジェネレータ，モータが共に停止され、発進時は、トルク特性の有利なモータで走行を開始させ、その後、エンジン駆動されるジェネレータをスタータとして用いて速やかにエンジンを始動させる。
【０００４】
そして、エンジンが始動すると、ジェネレータによる発電電力をモータに供給することで、エンジン駆動力にモータ駆動力を付加して加速させ、全開加速時には、バッテリからも駆動電力をモータに供給する。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２８８０２８号公報
【非特許文献１】
岡澤正之編集，「自動車工学１９９７年６月号」，株式会社鉄道日本社，１９９７年６月１日，ｐ３８−ｐ５２
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のようなハイブリッド車両においては、車両の停止・発進を繰り返す渋滞路では、エンジンの始動・停止が頻繁に繰り返されることになる。
【０００７】
従って、エンジンの始動性が悪いと、エンジンを始動させる毎（換言すれば、発進毎）に、大きなエンジン振動が発生して、車両の乗員に不快感を与えてしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、駆動源としてエンジン及びモータを備え、車両停止時にエンジンを停止させ、前記モータで走行を開始させる構成のハイブリッド車両において、エンジンの始動性を改善し、以って、エンジン始動に伴う振動の発生を抑制することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そのため、請求項１記載の発明では、エンジンを始動するときに、始動開始からエンジン回転速度が所定速度に達するまでの間、前記エンジンへの燃料供給を停止させ、かつ、前記エンジンのポンピング抵抗を強制的に小さくする構成とした。
【００１０】
かかる構成によると、エンジンを始動するときに、燃料供給を停止し、かつ、ポンピング抵抗が小さくした状態でモータリングさせ、エンジン回転速度が所定速度に達した時点で、ポンピング抵抗を強制的に小さくする制御を解除し、燃料供給を開始させる。
【００１１】
従って、ポンピング抵抗が小さい状態で、エンジンがモータリングされるから、エンジン回転速度が滑らかに高い回転速度まで増大し、また、エンジン回転速度が充分に上がってから燃料供給を開始することで、エンジン回転速度が連続的に滑らかに増大して、エンジン振動が抑制される。
【００１２】
請求項２記載の発明では、バルブタイミングの制御によってエンジンのバルブオーバーラップ量を強制的に増大させることで、ポンピング抵抗を強制的に小さくする構成とした。
【００１３】
かかる構成によると、エンジン始動時に、排気バルブのバルブタイミングの遅角及び／又は吸気バルブのバルブタイミングの進角によって、バルブオーバーラップ量を増大させ、空気を吸い込むときの抵抗、及び／又は、空気を追い出すときの抵抗を少なくし、以って、吸気行程及び／又は排気行程におけるポンピング抵抗を小さくする。
【００１４】
従って、可変バルブタイミング機構を備えるエンジンにおいて、容易にポンピング抵抗を小さくできる。
請求項３記載の発明では、アクチュエータによりスロットルバルブの開度を強制的に増大させることで、ポンピング抵抗を強制的に小さくする構成とした。
【００１５】
かかる構成によると、エンジン始動時に、スロットルバルブの開度を増大させることで、空気を吸い込むときの抵抗を少なくし、以って、吸気行程におけるポンピング抵抗を小さくする。
【００１６】
従って、アクチュエータでスロットルバルブを開閉する電子制御スロットルを備えるエンジンにおいて、容易にポンピング抵抗を小さくできる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本実施形態におけるハイブリッドシステムの概略図である。
【００１８】
この図１において、ガソリンエンジン１の駆動力は、動力分割機構２によって駆動輪３の駆動力とジェネレータ４の駆動力とに分割される。
前記動力分割機構２としては、遊星歯車装置が用いられており、エンジン１の動力は、直結するプラネタリキャリアに伝達され、ピニオンギヤを通じてリングギヤとサンギヤとに分配される。
【００１９】
前記リングギヤの回転軸はモータ５と直結されており、減速機８を通じて駆動輪３に駆動力が伝達される一方、サンギヤの回転軸は、ジェネレータ４に直結している。
【００２０】
前記ジェネレータ４で発電された電力は、モータ５の駆動に直接利用されると共に、インバータ６で直流に変換されてバッテリ７に蓄えられる。
上記構成において、停車時には、エンジン１，ジェネレータ４，モータ５が共に停止される。
【００２１】
そして、発進時は、トルク特性の有利なモータで走行を開始させ、直ぐに、前記ジェネレータ４をスタータとして用いてエンジン１を始動させ、通常走行時には、エンジン１の駆動力と、ジェネレータ４の発電電力が供給されるモータ５の駆動力とによって走行させ、全開加速時には、モータ５に対してバッテリ７からも駆動電力を供給する。
【００２２】
また、減速時には、駆動輪３がモータ５を駆動することで、モータ５が発電機として機能し、回生発電が行われ、回生したエネルギーはバッテリ７に蓄えられる。
【００２３】
図２は、前記エンジン１のシステム構成図である。
エンジン１の吸気管１０２には、スロットルモータ１０３ａ（アクチュエータ）でスロットルバルブ１０３ｂを開閉駆動する電子制御スロットル１０４が介装され、該電子制御スロットル１０４及び吸気バルブ１０５を介して、燃焼室１０６内に空気が吸入される。
【００２４】
燃焼排気は燃焼室１０６から排気バルブ１０７を介して排出され、フロント触媒１０８及びリア触媒１０９で浄化された後、大気中に放出される。
前記吸気バルブ１０５及び排気バルブ１０７は、それぞれ排気側カムシャフト１１０，吸気側カムシャフト１３４に設けられたカムによって開閉駆動されるが、吸気側カムシャフト１３４には、可変バルブタイミング機構１１３が設けられている。
【００２５】
前記可変バルブタイミング機構１１３は、クランクシャフト１２０に対する吸気側カムシャフト１３４の回転位相を変化させることで、吸気バルブ１０５のバルブタイミングを変化させる公知の機構である。
【００２６】
尚、本実施形態では吸気側にのみ可変バルブタイミング機構１１３を備える構成としたが、吸気側に代えて、又は、吸気側と共に、排気側に可変バルブタイミング機構１１３を備える構成であっても良い。
【００２７】
また、各気筒の吸気ポート１３０には、電磁式の燃料噴射弁１３１が設けられ、該燃料噴射弁１３１は、噴射パルス信号によって開弁駆動されると、所定圧力に調整された燃料を吸気バルブ１０５に向けて噴射する。
【００２８】
マイクロコンピュータを内蔵するコントロールユニット１１４は、前記電子制御スロットル１０４，可変バルブタイミング機構１１３及び燃料噴射弁１３１を制御すると共に、ジェネレータ４の回転を前記インバータ６で制御することでエンジン回転速度を制御する。
【００２９】
前記コントロールユニット１１４には、各種センサからの検出信号が入力される。
前記各種センサとしては、エンジン１の吸入空気量Ｑを検出するエアフローメータ１１５、アクセル開度を検出するアクセル開度センサＡＰＳ１１６、クランクシャフト１２０の角度を検出するクランク角センサ１１７、スロットルバルブ１０３ｂの開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１１８、車速を検出する車速センサ１１９などが設けられる。
【００３０】
また、前記コントロールユニット１１４には、前記各種センサからの検出信号の他、バッテリ電圧信号，ブレーキ信号などが入力される。
そして、運転者がアクセルペダルを踏むと、その踏み込み量に応じて電子制御スロットル１０４を開き、同時に、ジェネレータ４の回転速度を制御することでエンジン回転速度を制御する。
【００３１】
このとき、エンジン動力を、直接駆動輪３を駆動する分と、モータ駆動分とに分配する割合も制御し、エンジン１による直接駆動力とモータ５の駆動力を合わせて、全体の駆動力とする。
【００３２】
更に、前記コントロールユニット１１４は、ジェネレータ４をスタータとして用いてエンジン１を始動するときに、図３のフローチャートに示すような制御を行う。
【００３３】
図３のフローチャートにおいて、ステップＳ１では、エンジン１の始動要求があるか否かを判別する。
エンジン始動要求がある場合には、ステップＳ２へ進む。
【００３４】
尚、エンジン始動要求があるときには、別の制御プログラムに従って、ジェネレータ４をスタータとして用いてエンジン１のクランキングが行われる。
ステップＳ２では、吸排気バルブのバルブオーバーラップ量を強制的に最大にすべく、前記可変バルブタイミング機構１１３により吸気バルブ１０５のバルブタイミング最大限に進角させる。
【００３５】
尚、排気側にのみ可変バルブタイミング機構１１３が備えられる場合には、排気バルブ１０７のバルブタイミングを最大限に遅角させることで、バルブオーバーラップ量を最大にし、吸気側と排気側との双方に可変バルブタイミング機構１１３が備えられる場合には、吸気バルブ１０５のバルブタイミングを最大限に進角させ、かつ、排気バルブ１０７のバルブタイミングを最大限に遅角させることで、バルブオーバーラップ量を最大にする。
【００３６】
また、次のステップＳ３では、電子制御スロットル１０４の開度を強制的に全開ＷＯＴに制御する。
尚、本実施形態では、後述するステップＳ７で燃料噴射が開始されるまでは、クランキングによってエンジン１が回転しても燃料噴射が行われないようになっている。
【００３７】
ステップＳ４では、バルブオーバーラップ量を最大にし、かつ、電子制御スロットル１０４の開度を全開ＷＯＴにした状態でのクランキングによって、エンジン１の回転数（ｒｐｍ）が所定回転数以上になったか否かを判別する。
【００３８】
ここで、バルブオーバーラップ量を最大にし、かつ、電子制御スロットル１０４の開度を全開ＷＯＴに制御することで、エンジン１におけるポンピングの抵抗力が低減される。
【００３９】
従って、エンジン回転数（ｒｐｍ）が、クランキングによって滑らかかつ速やかに、より高い回転数にまで上昇することになる。
ステップＳ４で、エンジン１の回転数（ｒｐｍ）が所定回転数以上になったと判別されるまでは、バルブオーバーラップ量を最大に、かつ、電子制御スロットル１０４の開度を全開ＷＯＴに制御した状態で、然も、燃料噴射を停止させた状態のまま、クランキングを継続させる。
【００４０】
そして、ステップＳ４で、エンジン１の回転数（ｒｐｍ）が所定回転数以上になったことが判別されると、ステップＳ５へ進んで、吸気バルブ１０５のバルブタイミング（バルブオーバーラップ量）を通常値に戻し、更に、次のステップＳ６では、前記電子制御スロットル１０４の開度を通常値に戻す。
【００４１】
ステップＳ７では、エンジン１への燃料噴射を開始させ、エンジン１を起動させるようにする。
ステップＳ７で燃料噴射を開始させた時点では、既にエンジン１の回転速度が充分に高くなっているから、低回転時から燃料を噴射させる場合に比べて、エンジン１がスムースに始動する。
【００４２】
このため、エンジン１の始動に伴うエンジン振動の発生を抑制でき、エンジン１の始動・停止が繰り返されることがあっても、運転者に不快感を与えることを回避できる。
【００４３】
尚、本実施形態では、バルブオーバーラップ量を最大に制御し、かつ、電子制御スロットル１０４の開度を全開ＷＯＴに制御することで、クランキング中のポンピング抵抗を強制的に小さくする構成としたが、バルブオーバーラップ量とスロットル開度とのいずれか一方のみでポンピング抵抗を小さくするようにしても良い。
【００４４】
また、前記吸気バルブ１０５及び排気バルブ１０７の動弁機構が、開状態に保持させることができる機構（例えば電磁アクチュエータによる動弁機構）であれば、クランキング開始から所定回転数に達するまでの間、吸排気バルブを開状態に保持させるようにしても良い。
【００４５】
更に、吸排気バルブの開口面積を大きくすることによっても、ポンピング抵抗の軽減を図ることができる。
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその効果と共に記載する。
（イ）請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置において、
前記エンジンが、エンジンバルブのバルブタイミングを可変にする可変バルブタイミング機構を備えると共に、前記エンジンのスロットルバルブがアクチュエータで開閉駆動される構成であり、
バルブタイミングの制御によりバルブオーバーラップ量を強制的に最大に制御すると共に、前記アクチュエータにより前記スロットルバルブの開度を強制的に全開に制御することで、ポンピング抵抗を強制的に小さくすることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【００４６】
かかる構成によると、バルブオーバーラップ量を最大し、かつ、スロットル開度を最大にすることで、可変バルブタイミング機構及びスロットルアクチュエータを備えたエンジンにおいて、ポンピング抵抗を最大限に小さくできる。
【００４７】
従って、クランキングによる到達回転数を最大限に高くして、よりスムースにエンジンを始動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態におけるハイブリッド車両のシステム構成図。
【図２】図１に示したエンジンのシステム構成図。
【図３】実施形態におけるエンジンの始動時制御を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…エンジン、２…動力分配機構、３…駆動輪、４…ジェネレータ、５…モータ、６…インバータ、７…バッテリ、８…減速機、１０３ａ…スロットルモータ（アクチュエータ）、１０３ｂ…スロットルバルブ、１０４…電子制御スロットル、１０５…吸気バルブ、１０７…排気バルブ、１１３…可変バルブタイミング機構、１１４…コントロールユニット

Claims

駆動源としてエンジン及びモータを備え、車両停止時にエンジンを停止させ、前記モータで走行を開始させる構成のハイブリッド車両において、
前記エンジンを始動するときに、始動開始からエンジン回転速度が所定速度に達するまでの間、前記エンジンへの燃料供給を停止させ、かつ、前記エンジンのポンピング抵抗を強制的に小さくすることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
前記エンジンが、エンジンバルブのバルブタイミングを可変にする可変バルブタイミング機構を備え、バルブタイミングの制御によってバルブオーバーラップ量を強制的に増大させることで、ポンピング抵抗を強制的に小さくすることを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置。
前記エンジンのスロットルバルブがアクチュエータで開閉駆動される構成であり、前記スロットルバルブの開度を強制的に増大させることで、ポンピング抵抗を強制的に小さくすることを特徴とする請求項１又は２記載のハイブリッド車両の制御装置。