(57)【要約】【課題】ハイブリッド車両の動力伝達系において、冷間時に、歯車の衝突によって発生するガラ音を抑制する。【解決手段】ハイブリッド車両の内燃機関１４が暖機済み状態で運転している際に、その内燃機関１４の気筒間の燃焼ばらつきにより生じるトルク変動の程度に対応したトルク変動パラメータを取得する（Ｂ１０８）。トルク変動パラメータに基づき、あらかじめ対応関係が定められている冷間時のアイドル回転速度の補正量を算出する（Ｂ１１０）。この補正量を、冷却水温に基づき定められたアイドル回転速度に加算して補正し、補正されたアイドル回転速度により冷間時のアイドル回転速度制御を行う（Ｂ１１２）。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
暖機済み状態における内燃機関の気筒間の燃焼ばらつきにより生じるトルク変動の程度に対応したパラメータを取得する手段と、
冷間時において、制御目標となるアイドル回転速度を前記パラメータに応じて変更するアイドル回転速度設定手段と、
を有する、ハイブリッド車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド車両の制御装置、特にハイブリッド車両が備える内燃機関のアイドル回転速度の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両駆動用の原動機として内燃機関および電動機を備えたハイブリッド車両が知られている。電動機は発電機能を有するものが用いられることがある。発電機能を有する電動機は内燃機関に駆動され、または制動時において車両の慣性により駆動されて発電する。発電された電力は、一旦蓄えられ、後に電動機へ供給する電力として使用することができる。また、電動機を複数備える場合には、一つの電動機の発電機能によって発電した電力を他の電動機に供給することもできる。
【０００３】
車両に搭載される内燃機関は、変速機と組み合わされ、変速機は多くの場合、歯車を有している。また、変速機以外にも、内燃機関から駆動輪に至る動力伝達系には、歯車を有する装置が設けられる。このような装置の例として終減速機がある。ハイブリッド車両においては、内燃機関と電動機の出力特性が異なることから、動力装置全体として効率よく運転を行うために、内燃機関と電動機の回転速度の関係を変更できることが好ましい。このために、内燃機関と電動機を変速機構を介して接続している例がある。この変速機構も、多くの場合、歯車を有している。下記特許文献１には、遊星歯車機構を介して、内燃機関および２機の原動機が接続されたハイブリッド車両の動力装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０７３３２３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
歯車を用いた機構を有する動力装置において、動力伝達系の共振周波数付近で原動機の運転を行うと、動力伝達系の共振により、噛み合う対の歯車の歯同士が繰り返し衝突し、騒音（以下、ガラ音と記す。）が発生する場合がある。特に、内燃機関のトルク変動が大きくなりがちな冷間時には、動力伝達系への入力トルクの振幅が大きくなり、ガラ音が発生しやすくなる。一方で、共振周波数付近で運転することが望ましい場合（例えば燃費に有利になる場合など）があり、常に共振周波数付近を避けて運転することが必ずしも最適な制御であるとは言えない。
【０００６】
本発明は、内燃機関の冷間時のアイドル回転速度を適切に制御する制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のハイブリッド車両の制御装置は、暖機済み状態における内燃機関の気筒間の燃焼ばらつきにより生じるトルク変動の程度に対応したパラメータを取得する手段と、冷間時において、制御目標となるアイドル回転速度を、前記パラメータに応じて変更するアイドル回転速度設定手段と、を有している。
【発明の効果】
【０００８】
暖機済み状態においてトルク変動を把握することにより、その内燃機関の冷間時におけるトルク変動の程度、つまりガラ音の発生し易さを推定する。ガラ音が発生し易い場合には、動力伝達系の共振周波数を避けて内燃機関を運転し、ガラ音の発生を抑制する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態のハイブリッド車両の要部構成を示す図である。
【図２】ガラ音抑制のための制御装置の要部構成を示す図である。
【図３】気筒別の点火時期補正量の差分および失火回数の差分と、トルク変動パラメータの対応関係を示す図である。
【図４】トルク変動パラメータと、冷間時のアイドル回転速度の補正量の関係を示した図である。
【図５】内燃機関の運転状態を把握し、記憶するための処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】冷間時のアイドル回転速度の算出に関する処理ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図１は、ハイブリッド車両１０の要部構成を示すブロック図である。ハイブリッド車両１０の動力装置１２は、１機の内燃機関１４と２機の電動機１６，１８の３機の原動機を車両駆動用に備えている。２機の電動機１６，１８は、いずれも発電機として動作可能である。内燃機関１４は、オットー機関またはディーゼル機関とすることができる。また、他の熱サイクルを利用した機関であってもよい。２機の電動機１６，１８は、例えば永久磁石同期電動機とすることができる。
【００１１】
３つの原動機１４，１６，１８は、それぞれ第１遊星歯車機構２０に結合されている。この第１遊星歯車機構２０の３要素（キャリア要素、サン要素、リング要素）に原動機１４，１６，１８がそれぞれ接続されている。この動力装置１２においては、サン要素である第１サンギア２２に一方の電動機１６が接続され、リング要素である内歯歯車の第１リングギア２４に他方の電動機１８が第２遊星歯車機構２６を介して接続されている。以降、第１サンギア２２に接続された電動機を第１電動機１６、第１リングギア２４に接続された電動機を第２電動機１８と記す。第１遊星歯車機構２０のキャリア要素である第１プラネタリキャリア２８は、第１サンギア２２および第１リングギア２４に噛み合うプラネタリピニオン３０を回動可能に支持している。この第１プラネタリキャリア２８にねじりダンパ３２および入力軸３４を介して内燃機関１４が接続されている。入力軸３４は、中空に形成された第１電動機１６の出力軸３６の内側を貫通している。このため、入力軸３４は比較的細く長い軸となっている。
【００１２】
第２遊星歯車機構２６は、サン要素としての第２サンギア３８と、リング要素としての内歯歯車の第２リングギア４０と、第２サンギア３８と第２リングギア４０の双方に噛み合う第２プラネタリピニオン４２を回転可能に支持した第２プラネタリキャリア４４を有する。第２サンギア３８は第２電動機１８の出力軸４６に接続され、第２プラネタリキャリア４４は固定されている。第２リングギア４０は、第１リングギア２４と共に、概略円筒形状の出力スリーブ４８の内周面に設けられ、第１および第２リングギア２４，４０は、一体に回転する。第２遊星歯車機構２６は、第２電動機１８の回転を一定の速度比で減速し、出力スリーブ４８に伝達する。
【００１３】
３機の原動機１４，１６，１８と、これらが接続される第１遊星歯車機構２０の３要素との対応は、上記以外の組み合わせとしてもよい。３機の原動機１４，１６，１８の回転速度は、第１および第２遊星歯車機構２０,２６のギア比により定まる所定の関係を有し、２機の回転速度を決めると残りの１機の回転速度が決定する。したがって、第１および第２電動機１６，１８の回転速度を制御することにより、内燃機関１４と駆動輪の回転速度の比を変更することができる。つまり、これらの２機の電動機１６，１８と第１遊星歯車機構２０は、変速機として機能する。
【００１４】
出力スリーブ４８の外周には出力ギア５０が設けらている。出力ギア５０は、減速歯車列５２を介して終減速機５４に接続され、終減速機５４はドライブシャフト５６を介して駆動輪５８に接続されている。終減速機５４は、終減速歯車と差動装置を含む。差動装置によって、左右の駆動輪５８の回転速度の差が吸収される。
【００１５】
動力装置１２において、第１および第２電動機１６，１８と、第１および第２遊星歯車機構２０，２６と、出力スリーブ４８と、減速歯車列５２と、終減速機５４は、ケース６０に収容される。前述のように、第１および第２電動機１６，１８と第１遊星歯車機構２０は変速機として機能するから、ケース６０に収容された各装置は、変速機と終減速機を一体とした、いわゆるトランスアクスル６２を構成する。
【００１６】
動力装置１２は、２機の電動機１６，１８に、電力変換装置６４を介して電力を供給する二次電池であるバッテリ６６を有する。２機の電動機１６，１８は、３相交流同期電動機とすることができ、バッテリ６６からの直流電力が電力変換装置６４により３相交流電力に変換されてこれらの電動機１６，１８に供給される。また、電動機１６，１８が発電機として機能するときには、発電された交流電力が電力変換装置６４により直流電力に変換されてバッテリ６６に供給される。一方の電動機、例えば第１電動機１６を発電機として機能させ、他方の第２電動機１８に電力を供給することもできる。
【００１７】
ハイブリッド車両１０は、動力装置１２を制御する制御装置６８を更に有する。制御装置６８は、車両全体の制御を司るハイブリッド車両電子制御装置（以下、ＨＶ−ＥＣＵと記す。）７０を有する。ＨＶ−ＥＣＵ７０は、運転者のアクセルペダルやブレーキペダル等の操作から加速・減速要求を取得し、更に車両速度、各原動機１４，１６，１８の運転状態、バッテリ６６の蓄電量等の車両の運行状態を把握して、適切な車両の運行状態を決定する。この運行状態の決定に基づき、各機器の電子制御装置（ＥＣＵ）が対応する各機器を制御する。内燃機関ＥＣＵ７２は、内燃機関のスロットル弁開度、燃料噴射量、バルブタイミング等を制御することにより内燃機関が目標の回転速度、出力となるように制御する。電動機ＥＣＵ７４は、電力変換装置６４を制御して、第１および第２電動機１６，１８が目標の回転速度、出力となるように制御する。バッテリＥＣＵ７６は、バッテリ６６の蓄電量を監視し、また蓄電量の上限値、下限値の設定を行う。
【００１８】
動力装置１２において、内燃機関１４の動力を駆動輪５８へと伝達する動力伝達系は、ねじりダンパ３２と、入力軸３４、第１および第２遊星歯車機構２６、出力スリーブ４８、減速歯車列５２、および終減速機５４を含む。また、この動力伝達系は、第１電動機１６のロータの慣性モーメント、第２遊星歯車機構２６を介して第２電動機１８のロータの慣性モーメントを含む。ハイブリッド車両の動力伝達系は電動機のロータの慣性モーメントを含むため、共振周波数が低くなる傾向がある。また、この動力装置１２においては、前述のように入力軸３４が、第１電動機の出力軸４６の中空内を貫通しているために、比較的細く長くなっており、ねじり剛性が低くなり、これも共振周波数を下げる要因となっている。
【００１９】
原動機として内燃機関のみを備えた従来の車両においては、動力伝達系の共振周波数は比較的高く、冷間時においてアイドル回転速度が高くされても、共振周波数とは離れている場合が多かった。しかし、動力伝達系の共振周波数が低いと、冷間時の内燃機関１４のアイドル回転速度が共振周波数に近くなる場合がある。共振が発生すると動力伝達系の噛み合う歯車同士が、バックラッシュの範囲で踊って衝突を繰り返す。この衝突時の衝撃がガラガラと聞こえる不快音（ガラ音）となって搭乗者に聞こえる。内燃機関１４の回転速度を高くすることにより、共振周波数付近から離すと、ガラ音の発生を抑制できるが、これは消費燃料の増加を招く。本発明に係るハイブリッド車両１０においては、冷間時のアイドル運転時において、燃料消費を抑制しつつ、ガラ音の発生を抑える制御を実行する。
【００２０】
このハイブリッド車両の制御装置６８は、搭載された内燃機関１４がトルク変動を生じやすい個体か、またはトルク変動を生じやすい状態になっているかを判定し、この判定に基づき冷間時のアイドル回転速度を補正してガラ音の発生を抑えている。
【００２１】
図２は、ガラ音の抑制に係る構成要素を抽出したブロック図である。内燃機関１４は、４気筒機関を想定して示しているが、他の気筒数の多気筒機関であってもよい。内燃機関１４の各気筒には、燃料噴射弁７８と点火プラグ８０が備えられている。また、内燃機関１４の運転状態を把握するために、水温センサ８２、クランク角センサ８４が設けられている。さらに、内燃機関１４は、アイドル回転速度を調整するために吸気流量を調整するアイドル調整弁８６を有する。制御装置６８の構成は機能を示すブロックで示されている。これらのブロックに示される機能は、内燃機関ＥＣＵ７２により実行されるように構成できるが、一部をＨＶ−ＥＣＵ７０により実行するようにしてもよい。
【００２２】
暖機運転が終了した後においては、クランク角センサ８４により検出された内燃機関１４の回転速度が、あらかじめ定められたアイドル回転速度となるようにアイドル調整弁８６の開度を調整し、吸気流量を制御する。また、点火時期、燃料噴射量もあらかじめ定められた値に制御される。
【００２３】
暖機が終了していない状態、つまり冷間時においては、アイドル回転速度は、暖機終了後に比して高い速度に設定される。冷間時のアイドル回転速度は、概略的には、水温センサ８２により検出された冷却水の温度に基づき設定される。さらに、このハイブリッド車両１０においては、冷却水温に基づき設定されたアイドル回転速度を、この車両に搭載された内燃機関１４のトルク変動の程度に応じて補正する。
【００２４】
内燃機関１４のトルク変動の程度は、暖機済みの状態の運転状態から推定される。暖機済み運転時における、各気筒ごとの点火時期の補正値と各気筒ごとの失火回数から、それぞれの気筒間の燃焼のばらつきを求め、これらのばらつきに基づき、この内燃機関１４のトルク変動の程度を示すトルク変動パラメータを求める。暖機終了後においては、点火時期と、クランク角の関係から、各気筒ごとに点火時期の補正が行われる。ある気筒において、点火後にクランク角が所定角度（例えば３０度）回転するのに要する時間が計測され、この時間に基づき点火時期が補正される（Ｂ１００）。クランク角が所定角度回転するのに要する時間が長い場合、この気筒の爆発力が小さいと考えられ、点火時期を進める（早期に点火する）。これにより、その気筒の爆発力が大きくなり、他の気筒の爆発力と揃う。点火時期の補正量が最大の気筒の補正量から最小の気筒の補正量を減じた差分を求める（Ｂ１０２）。この差分が大きい内燃機関１４は、冷間時など、気筒別の点火時期補正を行わない場合に、燃焼がばらつきトルク変動が大きくなる傾向があると推定できる。失火についても、点火後、クランク角が所定角度回転するのに要する時間に基づき判断することができる。この時間があらかじめ定められた値より長ければ、失火が起きたと判断し、この回数を計数する（Ｂ１０４）。そして、失火回数の最も多い気筒の失火回数から、最も少ない気筒の失火回数を減じた差分を求める（Ｂ１０６）。この差分が大きい内燃機関１４は、気筒別の点火時期補正を行わない場合、トルク変動が大きくなる傾向があると推定できる。
【００２５】
気筒別の点火時期補正量の差分と失火回数の差分に基づきトルク変動パラメータを定める（Ｂ１０８）。トルク変動パラメータは、上記の差分が大きいほど、大きな値となるように設定する。例えば、図３に示すように、点火時期補正量の差分が０度以上〜２度未満、２度以上４度未満、４度以上６度未満、６度以上と大きくなるにつれて、０から１ずつ大きくなる値とする。また、例えば、失火回数の差分が０回から４回、５回から９回、１０回から１４回、１５回以上と大きくなるにつれて１ずつ大きくなる値とする。また、図３に示された離散値の間の値は、内挿して求めるようにできる。例えば、失火回数の差分が５回であり、点火時期補正量の差分が１度であったとき、０度のトルク変動パラメータ「１」と２度の値「２」を内挿し、このときのトルク変動パラメータを「１．５」とすることもできる。
【００２６】
トルク変動パラメータに基づき、あらかじめ対応付けられている冷間時のアイドル回転速度の補正量を取得する（Ｂ１１０）。このトルク変動パラメータと補正量の関係は、例えば図４のように比例関係（１次関数）に定めることができる。また、２次関数など他の関数により定めてもよい。制御装置６８がＢ１００〜Ｂ１１０の機能を実行するとき、制御装置６８は、暖機済み状態における内燃機関の気筒間の燃焼ばらつきにより生じるトルク変動の程度に対応したパラメータを取得する手段として機能する。
【００２７】
冷間時のアイドル回転速度は、冷却水温に基づき定められており、この回転速度に前記のアイドル回転速度の補正量を加算して、この内燃機関１４の冷間時のアイドル回転速度を得る（Ｂ１１２）。制御装置６８がＢ１１２の機能を実行するとき、制御装置６８は、冷間時において目標となるアイドル回転速度をトルク変動パラメータに応じて変更するアイドル回転速度設定手段として機能する。そして、この回転速度となるよう、点火時期、燃料噴射量、アイドル調整弁開度を制御し、回転速度制御を行う。
【００２８】
上記の例においては、冷間時アイドル回転速度の補正量は、加算値として算出したが、他の方法、例えば補正係数を算出し、これを冷却水温から定められるアイドル回転速度に掛けて、冷間時のアイドル回転速度を得るようにしてもよい。
【００２９】
図５および図６は、ハイブリッド車両１０の冷間時アイドル回転速度の算出に係る処理フローを示す図である。
【００３０】
図５は、暖機終了後のハイブリッド車両１０の運行において、内燃機関１４の運転状態、特にトルク変動に関連する状態を把握し、記憶するルーチンを示す図である。運行とは、ハイブリッド車両１０を走行可能な状態としたときから走行可能でない状態とするまでの間をいい、より具体的には、イグニッションスイッチをオンとした状態から、オフとするまでの期間をいう。ある運行において、内燃機関１４の運転状態を把握し、この運転状態に基づき、次の運行における内燃機関始動時のアイドル回転速度の制御が行われる。
【００３１】
運転状態を把握するルーチンにおいては、まず気筒別の点火時期の補正量の差分（Ａ）を算出する（Ｓ２００）。気筒ごとの点火時期の補正量は、前述のように、ある気筒の点火タイミングからクランクがある角度回転するまでの時間に基づき算出する。気筒ごとに点火時期が補正される。補正量が最大の気筒の補正量と、最小の気筒の補正量との差分（Ａ）を算出する。この補正量がばらついている（差分が大きい）内燃機関１４を、この補正量による補正を行わずに運転した場合、気筒間で燃焼がばらつきトルク変動が大きくなることが推測される。冷間時のアイドル運転においては、気筒別の点火時期補正を行われず、補正量の差分（Ａ）が大きい場合、次の運行時の始動時において、冷間時アイドル運転のトルク変動が大きくなり、ガラ音が発生し易いことが推測できる。
【００３２】
次に、一つの運行の間の気筒別失火回数の差分（Ｂ）を算出する（Ｓ２０２）。失火の判定は、前述のように、ある気筒の点火タイミングからクランクがある角度回転するまでの時間に基づき算出する。この時間が、あらかじめ定められた時間より長い場合、爆発が起きなかった、つまり失火とする。１運行間の失火の回数を各気筒ごとに計数し、運行終了時において、気筒間の比較を行う。そして、最大の失火回数と最小の失火回数の差分（Ｂ）を算出する。各気筒の失火回数が多くても、ばらつきが少なければガラ音は発生しにくく、ガラ音の抑制のためには、失火回数そのものよりも、気筒間のばらつきを考慮することが好ましい。
【００３３】
算出された２つの差分（Ａ，Ｂ）に基づき、トルク変動パラメータ（Ｃ）を算出する（Ｓ２０４）。これは、例えば、前述の図３に示された、あらかじめ定められた対応関係に基づき算出される。トルク変動パラメータ（Ｃ）は、点火時期補正量に関する差分（Ａ）が大きいほど、また失火回数に関する差分（Ｂ）が大きいほど、大きな値をとる。そして、トルク変動パラメータ（Ｃ）の数値が大きい程、次の運行時の冷間アイドル運転時のトルク変動が大きくなり、ガラ音が発生し易くなることが予測される。次の運行における冷間時のアイドル回転速度の制御に利用するため、トルク変動パラメータ（Ｃ）をメモリに記憶し（Ｓ２０６）、このルーチンを終了する。
【００３４】
図６は、冷間時のアイドル回転速度の算出ルーチンを示す図である。まず、内燃機関１４の冷却水の温度を取得し、この水温に対応してあらかじめ定められているアイドル回転速度（Ｄ）を算出する（Ｓ３００）。一方、前回の運行時に記憶されたトルク変動パラメータ（Ｃ）を読み出し、例えば、前述の図４に示された対応関係に基づき、冷間時のアイドル回転速度の補正量（Ｅ）を算出する（Ｓ３０２）。ステップＳ３００で算出されたアイドル回転速度（Ｄ）に補正量（Ｅ）を加算して、新たなアイドル回転速度を算出する（Ｓ３０４）。この補正されたアイドル回転速度で運転されるよう、内燃機関１４の各部の制御を行う。
【００３５】
トルク変動が大きくなることが予測される場合、アイドル回転速度を高くすることで、動力伝達系の共振周波数から離れた回転速度で運転することができ、ガラ音の発生を抑制することができる。一方、トルク変動が大きくならないと予測される場合は、アイドル回転速度を低く抑えることができるので、燃料消費を抑制することができる。トルク変動の程度に応じてアイドル回転速度の補正量を変更することで、必要以上にアイドル回転速度を高くすることが防止される。
【００３６】
以上の実施形態において、動力装置は、内燃機関と、内燃機関に結合され２機の電動機を備えたトランスアクスルとを含む。しかし、動力装置の構成はこれに限定されず、例えば、トランスアクスルに代えて、従来のＦＲ車（フロントエンジン・リアドライブ車）のように、変速機と終減速機を別体とし、この間を推進軸で繋ぐ構成を採ることもできる。また、この実施形態では、３機の原動機が一つの遊星歯車機構により結合された例を挙げたが、他の結合の方法、例えば内燃機関の出力軸に直接電動機を結合する構成を採ることもできる。さらに、原動機は３機でなくてもよく、例えば内燃機関と電動機をそれぞれ１機のみ有する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１０  ハイブリッド車両、１２  動力装置、１４  内燃機関、１６  第１電動機、１８  第２電動機、６８  制御装置、７０  ＨＶ−ＥＣＵ、７２  内燃機関ＥＣＵ、８２  水温センサ、８４  クランク角センサ、８６  アイドル調整弁。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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