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JP2019018612A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】バッテリの充電状態が低下した状態において、ドライバの加速要求に対して速やかに加速を行うことができる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関１０と、内燃機関１０の点火時期を制御する点火時期制御部１１と、内燃機関１０の出力をアシストするモータ１２と、モータ１２に電力を供給するバッテリ１３と、バッテリ１３の充電状態を検出する充電状態検出部１４と、ドライバの要求出力を検出する要求出力検出部１５と、充電状態検出部１４において検出されたバッテリ１３の充電状態に基づくモータ１２の出力と、要求出力検出部１５において検出されたドライバの要求出力とを比較する演算部１６と、を備え、演算部１６によって、モータ１２の出力が前記ドライバの要求出力に対して不足すると判断された際に、点火時期制御部１１によって、内燃機関１０の点火時期を進角させる制御を行なう内燃機関の制御装置を構成する。【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関による出力をモータによってアシストするハイブリッド車両に適用される内燃機関の制御装置に関する。
エンジンなどの内燃機関による出力をモータによってアシストするハイブリッド車両においては、ドライバのアクセル操作によって全開加速を行う場合、内燃機関の出力を最大とするとともに、モータでその出力をアシストすることにより、ドライバの要求出力を出力している。このように、モータによるアシストを行うことによって、より高出力の内燃機関と同等の加速感を得ることができ、ドライバの満足度やドライバビリティを高めることができる。
このモータによるアシスト量は、モータに電力を供給するバッテリの充電状態（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）と関係し、この充電状態が低い状況では、モータに十分な電力を供給することができず、十分な加速感を得ることができない。
この問題を解決すべく、例えば特許文献１に示すハイブリッド車両においては、ＨＶバッテリの充電量が少ない場合には、この充電量が多い場合に比べて、可変バルブタイミングの開弁時期および閉弁時期を早め（進角させ）、特に、ＨＶバッテリの充電量が少ないほど、閉弁時期が進角側に変更されるときの位相の変化速度が速くなるように制御を行なっている。この制御により、吸気の充填効率が向上してエンジンの出力が向上するため、ＨＶバッテリの充電量の低下に伴う、モータアシストの低下分を補うことができる（特許文献１の請求項１、５、段落００２６など参照）。
また、特許文献２に示すハイブリッド車両においては、バッテリ電力が所定の基準値未満のときに、バッテリ電力による駆動力アシストを制限した上で、圧縮行程噴射割合を増大させるとともに、使用燃料を気体燃料から液体燃料に切り替える制御を行なっている。この制御により、吸気行程における吸気量を増大するとともに、液体燃料の使用により高いエンジン出力を得ることができる（特許文献２の請求項１、段落００１０〜００１２など参照）
特許第５１０９９２１号公報 特許第５４０７６５９号公報
車両の加速時（特に全開加速時）においては、ドライバによるアクセルの踏み込みに対して、速やかに加速が開始されることで、ドライバの満足度やドライバビリティが確保される。ところが、特許文献１および２に記載のハイブリッド車両においては、可変バルブタイミング装置などの機械部品の動作に一定の時間を要し、その動作時間に対応して応答に遅延が生じて、満足度やドライバビリティが低下する虞がある。
そこで、この発明は、バッテリの充電状態が低下した状態において、ドライバの加速要求に対して速やかに加速を行うことを課題とする。
上記の課題を解決するために、この発明においては、内燃機関と、前記内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御部と、前記内燃機関の出力をアシストするモータと、前記モータに電力を供給するバッテリと、前記バッテリの充電状態を検出する充電状態検出部と、ドライバが要求する出力である要求出力を検出する要求出力検出部と、前記充電状態検出部において検出されたバッテリの充電状態に基づく前記モータの出力と、前記要求出力検出部において検出されたドライバの要求出力とを比較する演算部と、を備え、前記演算部によって、前記モータの出力が前記ドライバの要求出力に対して不足すると判断された際に、前記点火時期制御部によって、前記内燃機関の点火時期を進角させる制御を行なう内燃機関の制御装置を構成した。
前記構成においては、前記充電状態検出部で検出された前記バッテリの充電状態が低いほど、前記点火時期制御部において、前記内燃機関の点火時期の進角量を大きくする制御を行なうのが好ましい。
前記各構成においては、前記内燃機関を過給する過給装置をさらに備え、前記点火時期制御部による点火時期の進角制御とともに、前記過給装置で過給する補助制御を行なう構成とすることもできる。
前記各構成においては、前記内燃機関の圧縮比を変更する圧縮比可変機構をさらに備え、前記点火時期制御部による点火時期の進角制御とともに、前記圧縮比を高める補助制御を行なう構成とすることもできる。
前記各構成においては、前記内燃機関のバルブタイミングを変更するバルブタイミング可変機構をさらに備え、前記点火時期制御部による点火時期の進角制御とともに、吸気バルブを進角させる補助制御を行なう構成とすることもできる。
前記各補助制御を行なう構成においては、前記補助制御が、前記充電状態検出部で検出した前記バッテリの充電状態が、前記演算部によって前記要求電力を出力することができないと判断されたときのバッテリ電圧である第一電圧よりも低い第二電圧以下のときに行なわれる構成とすることができる。
また、前記各補助制御を行なう構成においては、前記内燃機関の点火時期の進角量が最大量の場合において、前記モータによるアシストとともに前記補助制御を行なう構成とすることもできる。
この発明によると、バッテリの充電状態が低下して、モータによるアシストが不十分となったときにおいても、点火時期の進角によって内燃機関の出力を増加させるようにしたので、ドライバの加速要求に対して速やかに加速を行うことができる。このため、ドライバの高い満足感とドライバビリティを確保することができる。
この発明に係る内燃機関の制御装置の全体構成を示すブロック図 図１に示す内燃機関の制御装置における制御フローを示すフローチャート ドライバの要求出力に対する出力配分をイメージ的に示す図
この発明に係る内燃機関の制御装置の全体構成のブロック図を図１に示す。この内燃機関の制御装置は、車両に搭載されたバッテリ１３の充電状態（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が低下したときに、ドライバの要求出力を確保するための装置であって、内燃機関１０、点火時期制御部１１、モータ１２、バッテリ１３、充電状態検出部１４、要求出力検出部１５、および、演算部１６を主要な構成要素としている。この実施形態においては、内燃機関１０として、点火プラグ１７を備えたガソリンエンジンを例示している。
点火時期制御部１１は、内燃機関１０の点火時期を制御する機能を有し、具体的には、内燃機関１０に設けられた点火プラグ１７への通電のタイミングを制御している。通常時（例えば車両が平坦路面を定速走行しているとき）における点火時期と比較して、早く点火するように制御することを進角させるといい、遅く点火するように制御することを遅角させるという。
モータ１２は、内燃機関１０の出力をアシストする機能を有する。モータ１２を駆動することにより、内燃機関１０の低回転領域におけるトルクや、全開加速時のように大きな出力が必要なときのトルクを補うことができる。このモータ１２の動作は、モータ制御部１８によって制御されている。
バッテリ１３は、モータ１２に電力を供給する機能を有する。このバッテリ１３は、車両の走行中（主に制動時）に回生装置（図示せず）によって充電され、所定の充電状態が保たれるように制御されている。
充電状態検出部１４は、バッテリ１３の充電状態を検出する機能を有する。この充電状態は、バッテリ１３の電圧によって評価される。
要求出力検出部１５は、ドライバが要求する出力である要求出力を検出する機能を有する。この要求出力検出部１５として、例えば、ドライバが踏み込むアクセルペダルに併設された踏力センサや、車両の加速度を検知する加速度センサを採用することができる。
演算部１６は、充電状態検出部１４において検出されたバッテリ１３の充電状態に基づくモータ１２の出力と、要求出力検出部１５において検出されたドライバの要求出力とを比較する機能を有する。この演算部１６によって、モータ１２の出力が前記ドライバの要求出力に対して不足すると判断されたときは、点火時期制御部１１によって、内燃機関１０の点火時期を進角させる制御が行なわれる。
このように、点火時期を進角させることによって、燃料の噴射開始時期もそれに合わせて早めにシフトさせることになり、より多くの燃料が噴射されることになる。その結果、点火時期を進角しない場合と比較して、内燃機関１０の出力が向上する。これにより、バッテリ１３の充電状態が低下して、モータ１２によるアシストが低下した場合においても、ドライバの出力要求に応じた出力を確保することができる。この進角制御においては、バッテリ１３の充電状態が低いほど、進角量が大きくなるように制御するのが好ましい。この進角制御は、例えば、クランク角度に対し１度ピッチで増減することにより行うことができる。
点火時期の進角制御は、点火プラグ１７に送る電気信号のタイミングを早めるだけでよく、時間的な遅延が基本的に生じないので、ドライバの加速要求に対応した速やかな加速を実現できる。このため、ドライバの満足感やドライバビリティの向上を図ることができる。
内燃機関１０には、過給装置１９が設けられている。過給装置１９は、バッテリ１３の充電状態が良好なときは、通常の過給装置１９と同様に機能する。その一方で、バッテリ１３の充電状態が低下したときは、点火時期制御部１１による点火時期の進角制御とともに、この過給装置１９で内燃機関１０を過給する補助制御が行なわれる。この過給装置１９は、過給制御部２０によって制御されている。
過給装置１９は、内燃機関１０の出力を向上するために広く採用されているが、内燃機関１０からの排気圧が所定圧以上にならないと有効に作用せず、ドライバによるアクセルペダルの踏み込みから実際に過給装置１９による過給が行なわれるまでの時間遅れ（ターボラグ）が問題となる場合がある。この構成においては、過給装置１９とともに応答性が高い点火時期の進角制御を行うようにしたので、ドライバの加速要求に対してスムーズに加速することができ、ドライバの満足感やドライバビリティの一層の向上を図ることができる。
内燃機関１０には、圧縮比可変機構２１が設けられている。バッテリ１３の充電状態が低下したときには、点火時期制御部１１による点火時期の進角制御が行なわれるとともに、圧縮比可変機構２１に対し、内燃機関１０の圧縮比を高める補助制御が行なわれる。この圧縮比可変機構２１は、圧縮比制御部２２によって制御されている。この圧縮比の変更は、過給装置１９の作動と同様に若干の時間遅れが生じることがあるが、圧縮比可変機構２１の作動とともに点火時期の進角制御を行うようにしたので、ドライバの加速要求に対してスムーズに加速することができ、ドライバの満足感やドライバビリティの一層の向上を図ることができる。
内燃機関１０には、バルブタイミング可変機構２３が設けられている。バッテリ１３の充電状態が低下したときに、点火時期制御部１１による点火時期の進角制御が行なわれるとともに、バルブタイミング可変機構２３に対し、内燃機関１０の吸気バルブを進角させる補助制御が行なわれる。このバルブタイミング可変機構２３は、バルブタイミング制御部２４によって制御されている。このバルブタイミングの変更は、過給装置１９の作動と同様に若干の時間遅れが生じることがあるが、バルブタイミング可変機構２３の作動とともに点火時期の進角制御を行うようにしたので、ドライバの加速要求に対してスムーズに加速することができ、ドライバの満足感やドライバビリティの一層の向上を図ることができる。
なお、上記のように吸気バルブの進角量を大きくする代わりに、吸排気バルブのバルブオーバーラップを大きくして吸気量を増大することによっても同様の効果を期待できる。
点火時期制御部１１、充電状態検出部１４、要求出力検出部１５、演算部１６、モータ制御部１８、過給制御部２０、圧縮比制御部２２、および、バルブタイミング制御部２４は、個別に設けても良いが、図１に示すように、電子制御ユニット２５の機能の一部として一体に構成することができる。
図１に示す内燃機関の制御装置における制御フローを図２に示すフローチャートを用いて説明する。
この制御フローにおいては、まず、要求出力検出部１５でドライバの要求出力（例えば、アクセルペダルの踏み込み量）を検出し（ステップＳ１０）、充電状態検出部１４でバッテリ１３の充電状態を検出する（ステップＳ１１）。
次に、演算部１６において、要求出力と、内燃機関出力とモータ出力の合計の最大値との大小関係を比較する（ステップＳ１２）。モータ出力の最大値は、バッテリ１３の充電状態と関係し、充電状態が良好なときは、モータ１２の定格出力（最大値）を発揮することができるが、充電状態の低下に伴ってその出力は低下する。ここでは、演算部１６によって、充電状態の低下により要求出力を出力することができない、と判断されたときのバッテリ電圧を第一電圧とする。
充電状態が良好で（バッテリ電圧が第一電圧よりも高い）、要求出力が、内燃機関出力とモータ出力の合計の最大値以下のときは（ステップＳ１２のＹｅｓ側）、内燃機関１０とモータ１２によって、ドライバの要求出力を出力することができる。このため、モータ出力によって内燃機関出力をアシストするように、モータ制御部１８でモータ１２を制御する。この制御によって、ドライバの要求出力を確保したら、一連の制御フローを抜ける（ステップＳ１４）。
その一方で、充電状態が低下して（バッテリ電圧が第一電圧以下）、要求出力が、内燃機関出力とモータ出力の合計の最大値よりも大きくなったときは（ステップＳ１２のＮｏ側）、内燃機関１０とモータ１２によって、ドライバの要求出力を出力することができない。このため、この要求出力を満たすべく、点火時期制御部１１によって点火時期を進角して、内燃機関１０の出力を高める制御が行なわれる。この点火時期の進角制御は、５〜１０秒程度の短時間とし、長くても１分以内とするのが好ましい。点火時期を長時間に亘って進角させたままにすると、排気温が上昇して、ノッキングなどの不具合を生じる虞があるためである。
バッテリ１３の充電状態が特に低いときや（バッテリ電圧が第一電圧よりも低い第二電圧以下）、充電状態がある程度良好であってもバッテリ１３の電力を温存したいときなどは、点火時期の進角制御と併せて、内燃機関１０の出力を高めるための補助制御を行なうことができる。この補助制御として、例えば、（１）過給制御部２０の制御によって過給装置１９を作動させる、（２）圧縮比制御部２２の制御によって圧縮比を高める、（３）バルブタイミング制御部２４の制御によって吸気バルブを進角する、などの制御がある（ステップＳ１６）。（１）〜（３）の補助制御は、単独で行っても良いし、複数を並行して行っても良い。
点火時期の進角制御、および、過給装置１９の作動などの補助制御によって、ドライバの要求出力を確保したら、一連の制御フローを抜ける（ステップＳ１４）。
図３にドライバの要求出力に対する出力配分をイメージ的に示す。バッテリ１３の充電状態が良好なときは、（ａ）に示すように、ドライバの要求出力を内燃機関１０による出力Ａと、モータ１２による出力Ｂで満たすことができる。
ところが、充電状態の低下に伴いモータ１２による出力Ｂが低下すると、内燃機関１０による出力Ａとモータ１２による出力Ｂのみでは、ドライバの要求出力を満たすことができなくなる。ここで、点火時期を進角させることによる内燃機関１０の出力の増分Ｃを上乗せすることによって、（ｂ）に示すように、ドライバの要求出力を満たすことができる。このとき、モータ１２による出力Ｂは、その時点における充電状態に基づいた最大出力としても良いし、バッテリ１３の電力を温存するために、最大出力よりも小さい出力としても良い。
充電状態がさらに低下した場合や、バッテリ１３の電力をさらに温存したい場合は、過給装置１９の作動、圧縮比の向上、吸気バルブの進角などによる内燃機関１０の出力の増分Ｄをさらに上乗せすることによって、（ｃ）に示すように、ドライバの要求出力を満たすことができる。
上記の（ｂ）または（ｃ）において、点火時期の進角量が既に最大量のときは、モータ１２によるアシストとともに各補助制御を行なうようにするのが好ましい。このように制御することにより、進角量が過大となることに起因して、ノッキングなどの不具合が生じるのを防止することができる。
上記の各実施形態はあくまでも一例であって、バッテリ１３の充電状態が低下した状態において、ドライバの加速要求に対して速やかに加速を行う、というこの発明の課題を解決し得る限りにおいて、上記の構成要素に適宜変更を加えることができる。
上記においては、過給装置１９、圧縮比可変機構２１、および、バルブタイミング可変機構２３の全てを備えた車両を例示して説明したが、例えば、過給装置１９を備えていない自然吸気の内燃機関１０の場合、点火時期制御部１１による点火時期の進角制御とともに、過給以外の補助制御、すなわち、圧縮比やバルブタイミングを変更する補助制御によって、内燃機関１０の出力向上を図ることができる。なお、上記の各補助制御は必須の制御ではなく、これらの一部または全部を省略することも可能である。
１０ 内燃機関
１１ 点火時期制御部
１２ モータ
１３ バッテリ
１４ 充電状態検出部
１５ 要求出力検出部
１６ 演算部
１７ 点火プラグ
１８ モータ制御部
１９ 過給装置
２０ 過給制御部
２１ 圧縮比可変機構
２２ 圧縮比制御部
２３ バルブタイミング可変機構
２４ バルブタイミング制御部
２５ 電子制御ユニット

Claims (7)

  1. 内燃機関と、
    前記内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御部と、
    前記内燃機関の出力をアシストするモータと、
    前記モータに電力を供給するバッテリと、
    前記バッテリの充電状態を検出する充電状態検出部と、
    ドライバが要求する出力である要求出力を検出する要求出力検出部と、
    前記充電状態検出部において検出されたバッテリの充電状態に基づく前記モータの出力と、前記要求出力検出部において検出されたドライバの要求出力とを比較する演算部と、
    を備え、前記演算部によって、前記モータの出力が前記ドライバの要求出力に対して不足すると判断された際に、前記点火時期制御部によって、前記内燃機関の点火時期を進角させる制御を行なう
    内燃機関の制御装置。
  2. 前記充電状態検出部で検出された前記バッテリの充電状態が低いほど、前記点火時期制御部において、前記内燃機関の点火時期の進角量を大きくする制御を行なう
    請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
  3. 前記内燃機関を過給する過給装置
    をさらに備え、前記点火時期制御部による点火時期の進角制御とともに、前記過給装置で過給する補助制御を行なう
    請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
  4. 前記内燃機関の圧縮比を変更する圧縮比可変機構
    をさらに備え、前記点火時期制御部による点火時期の進角制御とともに、前記圧縮比を高める補助制御を行なう
    請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
  5. 前記内燃機関のバルブタイミングを変更するバルブタイミング可変機構
    をさらに備え、前記点火時期制御部による点火時期の進角制御とともに、吸気バルブを進角させる補助制御を行なう
    請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
  6. 前記補助制御が、前記充電状態検出部で検出した前記バッテリの充電状態が、前記演算部によって前記要求電力を出力することができないと判断されたときのバッテリ電圧である第一電圧よりも低い第二電圧以下のときに行なわれる
    請求項３から５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
  7. 前記内燃機関の点火時期の進角量が最大量の場合において、前記モータによるアシストとともに前記補助制御を行なう
    請求項３から５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
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