(57)【要約】  【課題】エンジンのバルブタイミングをバッテリの状態を考慮して可変制御し、エンジンの燃費を向上させてハイブリッドシステム全体としての高効率化を図る。  【解決手段】ＳＯＣに基づいて進角量を設定し（Ｓ１）、この進角量で最良燃費となる目標トルクＴｔを設定する（Ｓ２）と共にエンジン回転数とアクセル開度とに基づいて要求トルクＴｄを算出し（Ｓ３）、両者を比較する（Ｓ４）。そして、Ｔｄ＜Ｔｔの場合、バルブタイミングを遅角化し（Ｓ５）、遅角限界に達すると、スロットル開度調整とモータ回生量調整とをＳＯＣに応じて選択的に実行し（Ｓ９，Ｓ１０）、Ｔｄ＞Ｔｔの場合、モータのアシストとバルブタイミングの進角化及びスロットル開度調整とをＳＯＣに応じて選択的に実行する（Ｓ１３，Ｓ１４）ことで、エンジンの燃費を向上し、ハイブリッドシステム全体としての高効率化を図る。【選択図】図３
2005307757.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気バルブと排気バルブとの少なくとも一方のバルブタイミングを可変する可変バルブタイミング機構を備えたエンジンと、バッテリからの電力によって駆動力を発生するモータとを併用するハイブリッド車の制御装置において、
上記バッテリの残存容量に応じて上記可変バルブタイミング機構によるバルブタイミングを設定するバルブタイミング設定手段と、
上記バルブタイミング設定手段で設定したバルブタイミングで最良の燃費となるエンジントルクを、目標トルクとして設定する目標トルク設定手段と、
運転状態に基づいてエンジンの要求トルクを算出する要求トルク算出手段と、
上記目標トルクと上記要求トルクとを比較し、上記目標トルクが上記要求トルクに一致しないとき、上記可変バルブタイミング機構を介してバルブタイミングを可変し、上記目標トルクが上記要求トルクに一致するよう制御するトルク調整手段とを備えたことを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
【請求項２】
上記トルク調整手段は、
上記目標トルクが上記要求トルクを上回るとき、上記バルブタイミングの遅角化制御を実行し、上記目標トルクが上記要求トルクに達しないときには、上記モータによるアシスト制御と上記バルブタイミングの進角化制御とを上記バッテリの残存容量に応じて選択的に実行することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車の制御装置。
【請求項３】
上記トルク調整手段は、
上記バルブタイミングの遅角化制御を実行して上記可変バルブタイミング機構による遅角限界に達したとき、上記モータによる回生制御とエンジンのスロットル開度制御とを上記バッテリの残存容量に応じて選択的に実行することを特徴とする請求項２記載のハイブリッド車の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンとモータとを併用するハイブリッド車の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等の車両においては、ガソリン等を燃料とするエンジンを動力源とするものに対し、低公害、省資源の促進を目的として、バッテリからの電力によって駆動力を発生するモータをエンジンに加えて搭載し、エンジンとモータとを併用するハイブリッド車が開発されている。このようなハイブリッド車においては、エンジンとモータとの双方の運転効率を考慮する必要がある。
【０００３】
このため、従来より種々の提案がなされており、例えば、特許文献１には、エンジンから出力される動力をプラネタリギヤ及びモータを用いて要求されたトルク及び回転数として駆動軸から出力するハイブリッド車において、エンジンを効率優先で運転する制御と、動力優先で運転する制御とを切換えて用いることにより、車両全体の運転効率を向上する技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、走行用動力源とするエンジンにより電気モータを発電機として駆動し、バッテリを充電するハイブリッド車において、エンジンによる走行中に行われる発電を効率的なタイミングで実施可能とすることにより、発電に係る燃料消費率を抑え、車両全体としての燃料消費量を低減する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−１１７７８２号公報
【特許文献２】特開２００１−２６８７０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ハイブリッド車に搭載されるエンジンは、特許文献１や特許文献２にも開示されているように、吸気バルブと排気バルブとの少なくとも一方のバルブタイミングを可変する可変バルブタイミング機構を備えるものがある。この可変バルブタイミング機構を介してバルブタイミングを可変することにより、エンジン出力を調整したり、燃費低減を図ることができるが、バルブタイミングを可変制御する上では、バッテリの状態に依存するモータの駆動力を考慮する必要がある。
【０００６】
しかしながら、前述の特許文献１では、動力優先の制御時にエンジンのトルク増大のためにバルブタイミングを変更し、また、特許文献２では、出力重視の運転状態における大電力の発電を回避するため、バルブタイミングの可変制御の結果としてのバルブオーバラップ量を監視しているのみであり、いずれの技術も、バッテリの状態を考慮して積極的にバルブタイミングを可変制御しておらず、バルブタイミングの可変による燃費低減効果が有効に活用されていない。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、エンジンのバルブタイミングをバッテリの状態を考慮して可変制御することにより、エンジンの燃費を向上させてハイブリッドシステム全体としての高効率化を図ることのできるハイブリッド車の制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明によるハイブリッド車の制御装置は、吸気バルブと排気バルブとの少なくとも一方のバルブタイミングを可変する可変バルブタイミング機構を備えたエンジンと、バッテリからの電力によって駆動力を発生するモータとを併用するハイブリッド車の制御装置において、上記バッテリの残存容量に応じて上記可変バルブタイミング機構によるバルブタイミングを設定するバルブタイミング設定手段と、上記バルブタイミング設定手段で設定したバルブタイミングで最良の燃費となるエンジントルクを、目標トルクとして設定する目標トルク設定手段と、運転状態に基づいてエンジンの要求トルクを算出する要求トルク算出手段と、上記目標トルクと上記要求トルクとを比較し、上記目標トルクが上記要求トルクに一致しないとき、上記可変バルブタイミング機構を介してバルブタイミングを可変し、上記目標トルクが上記要求トルクに一致するよう制御するトルク調整手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
その際、上記トルク調整手段は、上記目標トルクが上記要求トルクを上回るとき、上記バルブタイミングの遅角化制御を実行し、上記目標トルクが上記要求トルクに達しないときには、上記モータによるアシスト制御と上記バルブタイミングの進角化制御とを上記バッテリの残存容量に応じて選択的に実行することが望ましく、また、上記バルブタイミングの遅角化制御を実行して上記可変バルブタイミング機構による遅角限界に達したときには、上記モータによる回生制御とエンジンのスロットル開度制御とを上記バッテリの残存容量に応じて選択的に実行することが望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によるハイブリッド車の制御装置は、エンジンのバルブタイミングをバッテリの状態を考慮して可変制御し、エンジンの燃費を向上させてハイブリッドシステム全体としての高効率化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図６は本発明の実施の一形態に係り、図１はハイブリッド車の動力システムを示す概略構成図、図２は吸気バルブの開閉タイミングの可変範囲を示す説明図、図３は制御ルーチンのフローチャート、図４は進角量マップの特性を示す説明図、図５は燃費率マップの特性を示す説明図、図６は吸気バルブの閉タイミングによるトルク特性を示す説明図である。
【００１２】
図１は、エンジンとモータとを併用するハイブリッド車（ＨＥＶ）における動力系と、その制御系の概略システム構成を示し、同図において、符号１はエンジン、符号２はモータである。尚、本形態においては、主としてエンジン１の動力によって走行し、モータ２の駆動力を補助動力として用いる例について説明する。
【００１３】
エンジン１及びモータ２の動力系を制御する制御系としては、エンジン１を制御するエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）３、モータ２を制御するモータ制御ユニット４が備えられ、また、モータ２との間で電力を授受するバッテリと、バッテリの充電状態（State of charge;SOC）の演算、冷却や充電の制御、異常検出及び異常検出時の保護動作等のエネルギーマネージメントを行う演算ユニットとを１つの筐体内にパッケージしたバッテリユニット５が備えられている。各ユニット３，４，５は、それぞれ、マイクロコンピュータによって制御され、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）等の通信ラインを介して互いに接続されている。
【００１４】
エンジン１は、その吸気通路６に、ＥＣＵ３によって制御される電子スロットル装置７を備えており、電子スロットル装置７によって調整された吸入空気と図示しない燃料噴射弁からの燃料とが混合されてピストン８上部の燃焼室９に供給される。燃焼室９には、吸気通路６からの混合気の流入を開閉する吸気バルブ１０と、排気通路１１への排気の流出を開閉する排気バルブ１２とが臨まされている。
【００１５】
本形態においては、排気バルブ１２は排気カム１３によって駆動され、排気カム１３のカムプロフィールに従って開閉タイミングが設定される一方、吸気バルブ１０は、ＥＣＵ３によって制御される可変バルブタイミング機構１４によって開閉タイミングが可変される。可変バルブタイミング機構１４は、例えば、周知の油圧駆動式可変バルブタイミング機構であり、クランク軸１５に対する吸気カム軸の回転位相を連続的に可変する。
【００１６】
一方、モータ２は、エンジン１のクランク軸１５に動力伝達機構１６を介して連結され、モータ制御ユニット４による制御下において、バッテリユニット５からの電力の供給を受けて駆動力を発生し、また、回生発電によりバッテリに電力を供給（充電）する。モータ制御ユニット４は、インバータ等のモータ駆動回路を含む制御ユニットであり、ＥＣＵ３からの制御指令に従ってモータ２の駆動制御や回生制御を行う。
【００１７】
ＥＣＵ３は、運転状態を検出する各種センサ類やバッテリユニット５からの情報に基づいてエンジン１及びモータ２を最適に制御し、ハイブリッドシステムとしての高効率化運転を可能としている。ＥＣＵ３に入力されるセンサ類からの信号としては、例えば、エンジン回転数や制御タイミングを算出するためのクランク軸１５の回転位置を検出するクランク角センサ１７、吸気カムの回転位置を検出するカム角センサ１８、図示しないアクセルペダルの踏込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ１９等からの信号がある。また、バッテリユニット５からＥＣＵ３に入力される情報としては、バッテリの残存容量を充電状態（State of charge;SOC）で表現した残存容量情報（ＳＯＣ情報）がある。
【００１８】
ここで、ハイブリッドシステム全体の高効率化運転を実現する上では、主動力源であるエンジン１を効率的に制御し、燃費低減を図ることが重要となる。一般に、エンジンの燃費に大きな影響を与える要因としては、吸気バルブ及び排気バルブのバルブタイミングがあり、吸気バルブに関しては、閉タイミングを下死点付近より遅くする程、燃費は良くなり、逆に、下死点に近づける程、燃費は悪化する。また、排気バルブに関しては、開タイミングを下死点付近より早くすると燃費は悪化し、下死点に近づける程、燃費は良くなる。
【００１９】
従って、本形態においては、エンジン１の排気カム１３を、下死点の手前で排気バルブ１２が開弁し、上死点を若干過ぎた位置で排気バルブ１２が閉弁するカムプロフィールとする一方、ＥＣＵ３によりバッテリのＳＯＣ情報に基づいてエンジン１の吸気バルブ１０の開閉タイミングを可変制御すると共にモータ２によるアシスト量を制御し、エンジン１の燃費を向上してハイブリッド車全体としての高効率化を図る。
【００２０】
吸気バルブ１０の開閉タイミングは、可変バルブタイミング機構１４を介して図２に示す範囲で可変され、最遅角時には、上死点を若干過ぎた位置（例えば、上死点後１０°ＣＡ）で開弁して下死点を過ぎた所定位置（例えば、下死点後１００°ＣＡ）で閉弁するように制御され、最進角時には、上死点の手間の位置（例えば、上死点前３０°ＣＡ）で開弁して下死点近辺で閉弁するよう制御される。
【００２１】
以下、ＳＯＣ情報に基づくエンジン１のバルブタイミング制御を主とする高効率化のための処理について、図３に示す制御ルーチンのフローチャートを用いて説明する。
【００２２】
図３の制御ルーチンは、バッテリのＳＯＣが少なく（例えば、３０〜４０％程度）急速に充電を行う必要のある状態やパワーを必要とするアクセル全開走行時を除いた運転条件下でＥＣＵ３にて実行され、バッテリの残存容量に応じて可変バルブタイミング機構１４によるバルブタイミングを設定するバルブタイミング設定手段、設定したバルブタイミングで最良の燃費となるエンジントルクを目標トルクとして設定する目標トルク設定手段、運転状態に基づいてエンジンの要求トルクを算出する要求トルク算出手段、目標トルクと要求トルクとを比較し、目標トルクが要求トルクに一致しないとき、可変バルブタイミング機構１４を介してバルブタイミングを可変し、目標トルクが要求トルクに一致するよう制御するトルク調整手段の各機能が実現される。
【００２３】
尚、急速充電時及び全開走行時には、図３の制御ルーチンによる処理はキャンセルされ、吸気バルブ１０の開閉タイミングを進角させて（例えば、最進角）排気バルブ１２とのバルブオーバラップを増加させることにより充填効率及び掃気効率を高め且つ行程容積が増加するため、高出力でエンジンが運転される。
【００２４】
図３の制御ルーチンがスタートすると、先ず、ステップＳ１において、バッテリユニット５からのＳＯＣ情報を読込み、現時点でのＳＯＣに基づいて進角量マップを参照し、可変バルブタイミング機構１４を介した吸気バルブ１０のバルブタイミング（進角量）を設定する。進角量マップは、図４に示すように、吸気バルブ１０の開閉タイミングの基本特性をバッテリのＳＯＣに基づいて定めるものであり、ＳＯＣが少ない程、進角量が小さくなる特性に設定されている。
【００２５】
すなわち、バッテリのＳＯＣが少ない運転状態は、モータ２の運転量を減らして必然的にエンジン１の運転量を多くしなければならない状態であり、このような状態では、吸気バルブ１０の開閉タイミングを可能な限り遅角側に設定することにより、吸気バルブ１０と排気バルブ１２とのバルブオーバラップを少なくし且つ吸気バルブの遅閉じ効果がもたらすポンピングロスの低減により燃費低減を図る。従って、エンジン１の排気量や出力特性、エンジン１とモータ２との間の動力伝達特性（動力分配特性）等を考慮して予め実験或いはシミュレーションを行い、バッテリのＳＯＣをパラメータとしてエンジン１の燃費を向上するに最適な進角量を求め、これを基本進角量とするマップを作成してＥＣＵ３内に記憶させておき、このマップを参照してＳＯＣに応じた進角量を決定する。
【００２６】
次いで、ステップＳ２へ進み、ステップＳ１で設定した進角量に対応する燃費率マップをエンジン回転数に基づいて参照し、エンジンの目標トルクＴｔを設定する。燃費率マップは、図５に示すように、エンジン回転数とエンジントルクとに対して等燃料消費率曲線で表される特性をマップ化したものであり、先に決定した進角量で最良燃費となるエンジントルクを目標トルクＴｔとして決定する。尚、燃費率マップは、進角量毎に、予め複数枚のマップがＥＣＵ３内に用意されている。
【００２７】
続くステップＳ３では、エンジン回転数とアクセル開度とを読込み、マップ参照等により要求トルクＴｄを算出する。この要求トルクＴｄは、ドライバーの操作量を反映するアクセル開度とエンジンの出力状態を反映するエンジン回転数とからドライバーが要求する駆動力に対応するエンジントルクを決定するものであり、同じエンジン回転数では、アクセル開度が大きくなる程、要求トルクＴｄが大きくなる。
【００２８】
そして、ステップＳ４において、燃費率マップから決定した目標トルクＴｔと、ドライバーの要求駆動力に対応する要求トルクＴｄとを比較する。この目標トルクＴｔと要求トルクＴｄとが一致すれば、エンジンを最も燃費効率の良い状態で運転できるわけであるが、目標トルクＴｔが要求トルクＴｄを上回っている場合（Ｔｄ＜Ｔｔ）、すなわち、バッテリのＳＯＣから決定したバルブタイミングで燃費が最良となるトルクでは、現実に必要とされるトルクを上回ってしまう場合には、ステップＳ４からステップＳ５以降へ進んでバルブタイミングを遅角化し、トルクを抑えると共に燃費を向上させるための処理を行う。
【００２９】
具体的には、ステップＳ５において、バルブタイミングを設定量だけ遅角化し、この遅角化したバルブタイミングに対応する新たな目標トルクＴｔを設定する。バルブタイミングを遅角化する量は、図６に示すように、吸気バルブ１０の閉タイミング毎のエンジン回転数に対するエンジントルクの特性を参照し、運転状態に与える影響を最小限とする遅角量とする。
【００３０】
次に、ステップＳ６へ進んで目標トルクＴｔが要求トルクＴｄに一致したか否かを調べ、Ｔｄ＝Ｔｔとなった場合にはルーチンを抜け、Ｔｄ≠Ｔｔの場合、ステップＳ７でバルタイミングの遅角化が遅角限界（可変範囲の最遅角位置）に達したか否かを調べる。そして、遅角限界に達していない場合には、ステップＳ５へ戻ってバルブタイミングを遅角化する処理を繰返し、Ｔｄ＝Ｔｔとなる前にバルブタイミングが遅角限界に達してしまった場合には、ステップＳ７からステップＳ８へ進んでバッテリのＳＯＣの状態を調べる。
【００３１】
その結果、ステップＳ８において、ＳＯＣが多くバッテリに余裕がある場合には、ステップＳ８からステップＳ９へ進み、電子スロットル装置７を介してスロットル開度を調整することによりトルクを抑える処理を行い、ルーチンを抜ける。スロットル開度は、要求トルクＴｄに比例させて設定開度ずつ調整し、最終的に目標トルクＴｔが要求トルクＴｄまで下がるようスロットル閉じ方向に調整する。また、ステップＳ８において、ＳＯＣが少ない場合には、ステップＳ８からステップＳ１０へ進み、モータ２の回生量調整によるエンジントルクの調整を行ってエンジントルクを抑えることにより、目標トルクＴｔが要求トルクＴｄに一致するように制御する。
【００３２】
一方、ステップＳ４において、目標トルクＴｔが要求トルクＴｄを上回っていない場合（Ｔｄ≧Ｔｔ）には、ステップＳ４からステップＳ１１へ進み、目標トルクＴｔと要求トルクＴｄとが一致するか否かを調べる。その結果、Ｔｄ＝Ｔｔの場合には、先に決定した目標トルクＴｔでのエンジン１の運転で最良燃費が得られるため、そのままルーチンを抜ける。また、Ｔｄ＞Ｔｔの場合、すなわち、バッテリのＳＯＣから決定したバルブタイミングで燃費が最良となるトルクでは必要とする駆動力を確保できない場合には、ステップＳ１１からステップＳ１２以降へ進んで、バッテリのＳＯＣに応じた制御を行う。
【００３３】
ステップＳ１２では、現在のバッテリのＳＯＣを調べ、ＳＯＣが多くバッテリに余裕がある場合、ステップＳ１３へ進み、ＥＣＵ３からモータ制御ユニット４に制御指令を出力してモータ２を駆動し、エンジン１を目標トルクＴｔで運転するときに要求トルクＴｄに対して不足する駆動トルクをモータ２のアシストによって補う。また、ステップＳ１２においてバッテリのＳＯＣが少なく、モータ２の駆動によるアシストが期待できない場合には、ステップＳ１２からステップＳ１４へ進み、要求トルクＴｄに比例させてバルブタイミングを進角させると共にスロットル開度を開方向に調整し、要求トルクＴｄを満たすようエンジン出力をアップさせる。
【００３４】
以上のように、本実施の形態においては、バッテリの残存容量に応じて設定したバルブタイミングで最良の燃費となるエンジントルクを目標トルクとして設定し、この目標トルクと運転状態に基づく要求トルクが一致するよう、バルブタイミングを可変制御しており、これにより、エンジンの燃費を低減し、ハイブリッド車全体として高効率化運転を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】ハイブリッド車の動力システムを示す概略構成図
【図２】吸気バルブの開閉タイミングの可変範囲を示す説明図
【図３】制御ルーチンのフローチャート
【図４】進角量マップの特性を示す説明図
【図５】燃費率マップの特性を示す説明図
【図６】吸気バルブの閉タイミングによるトルク特性を示す説明図
【符号の説明】
【００３６】
１  エンジン
２  モータ
３  エンジン制御ユニット
４  モータ制御ユニット
５  バッテリユニット
１０  吸気バルブ
１２  排気バルブ
１４  可変バルブタイミング機構
Ｔｄ  要求トルク
Ｔｔ  目標トルク
代理人      弁理士      伊    藤      進
【図１】
2005307757.tif 000003
【図２】
2005307757.tif 000004
【図３】
2005307757.tif 000005
【図４】
2005307757.tif 000006
【図５】
2005307757.tif 000007
【図６】
2005307757.tif 000008