(57)【要約】      （修正有）【課題】エンジンから出力する動力の方向を切り替える際の異常に適切に対処する。【解決手段】エンジンとモータＭＧ１とモータＭＧ２とがプラネタリギヤを介して接続され、動弁機構の作動によってエンジンを正回転と負回転とに切替可能なハイブリッド自動車において、モータＭＧ１によりエンジンをモータリングして始動するとき、モータリング中にモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１とモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２とから算出されるエンジンの回転方向と、動弁機構の作動状態から特定されるエンジンの回転方向とが一致しない場合には、燃料噴射および点火を禁止し、スロットルバルブを全閉する。これにより、燃焼室や排気管内の排気が吸気管を通って外気へ排出されるのを抑制することができる。【選択図】図５
2017136946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路を開閉するスロットル弁と、前記スロットル弁を駆動するスロットル弁駆動装置と、前記吸気通路に繋がる燃焼室の吸気ポートを開閉する吸気弁と、排気通路に繋がる前記燃焼室の排気ポートを開閉する排気弁と、前記吸気弁および前記排気弁を駆動する吸排弁駆動装置と、を備え、該吸排弁駆動装置の作動状態を正回転用の状態と負回転用の状態とに切り替えることにより正負両回転方向に動力を出力可能なエンジンと、
第１モータと、
第２モータと、
少なくとも１つの遊星歯車機構により構成され、回転要素に前記エンジンの出力軸と前記第１モータの回転軸と前記第２モータの回転軸と車軸に連結された駆動軸とが接続された遊星歯車装置と、
前記第１モータおよび前記第２モータと電力のやり取りが可能な二次電池と、
前記エンジンから出力する動力の方向の切り替えが要求されたとき、前記吸排弁駆動装置の状態を切り替え、前記第１モータにより要求された動力の方向に前記エンジンをモータリングして始動する切替制御手段と、
を備えるハイブリッド自動車であって、
前記切替制御手段は、前記第１モータにより前記エンジンをモータリングしているとき、前記第１モータの回転数と前記第２モータの回転数とから算出される前記エンジンの回転方向と前記吸排弁駆動装置の作動状態から特定される前記エンジンの回転方向とが一致しない場合には、前記エンジンへの燃料供給を実行せずに前記スロットル弁を閉弁する
ことを特徴とするハイブリッド自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンと、第１モータと、遊星歯車装置と、第２モータと、二次電池とを備えるハイブリッド自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、吸排弁を駆動する動弁カム（吸排弁駆動装置）の位相を正回転用と負回転用とに切り替えることにより、エンジンから正負両回転方向の動力を出力可能なものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２８１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、エンジンから出力する動力の方向の切り替えが要求されると、動弁カムの位相（吸排弁駆動装置の状態）を正回転用から負回転用へ或いは負回転用から正回転用へ切り替えた後、エンジンをモータリングして始動する。このとき、動弁カムの位相（吸排弁駆動装置の状態）が何らかの異常によって切り替わらないと、エンジンの燃焼室内の排気が吸気通路側へ流れ、吸気通路側に設けられたセンサ等に悪影響を及ぼしたり、浄化されていない排気が吸気通路を通って車外へ排出されたりする場合がある。
【０００５】
本発明のハイブリッド自動車は、エンジンから出力する動力の方向を切り替える際の異常に適切に対処することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のハイブリッド自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明のハイブリッド自動車は、
吸気通路を開閉するスロットル弁と、前記スロットル弁を駆動するスロットル弁駆動装置と、前記吸気通路に繋がる燃焼室の吸気ポートを開閉する吸気弁と、排気通路に繋がる前記燃焼室の排気ポートを開閉する排気弁と、前記吸気弁および前記排気弁を駆動する吸排弁駆動装置と、を備え、該吸排弁駆動装置の作動状態を正回転用の状態と負回転用の状態とに切り替えることにより正負両回転方向に動力を出力可能なエンジンと、
第１モータと、
第２モータと、
少なくとも１つの遊星歯車機構により構成され、回転要素に前記エンジンの出力軸と前記第１モータの回転軸と前記第２モータの回転軸と車軸に連結された駆動軸とが接続された遊星歯車装置と、
前記第１モータおよび前記第２モータと電力のやり取りが可能な二次電池と、
前記エンジンから出力する動力の方向の切り替えが要求されたとき、前記吸排弁駆動装置の状態を切り替え、前記第１モータにより要求された動力の方向に前記エンジンをモータリングして始動する切替制御手段と、
を備えるハイブリッド自動車であって、
前記切替制御手段は、前記第１モータにより前記エンジンをモータリングしているとき、前記第１モータの回転数と前記第２モータの回転数とから算出される前記エンジンの回転方向と前記吸排弁駆動装置の作動状態から特定される前記エンジンの回転方向とが一致しない場合には、前記エンジンへの燃料供給を実行せずに前記スロットル弁を閉弁する
ことを要旨とする。
【０００８】
この本発明のハイブリッド自動車では、吸排弁駆動装置の状態を切り替え、第１モータにより要求された動力の方向にエンジンをモータリングして始動することにより、エンジンから出力する動力の方向を切り替える。第１モータによりエンジンをモータリングしているとき、第１モータの回転数と第２モータの回転数とから算出されるエンジンの回転方向と吸排弁駆動装置の作動状態から特定されるエンジンの回転方向とが一致しない場合には、エンジンへの燃料供給を実行しない。これにより、吸排気駆動装置の状態が何らかの異常に切り替わらず、エンジンを正常に始動することができないときに燃料供給されるのを回避することができる。また、エンジンへの燃料供給を実行しないことに加えて、スロットル弁も閉弁するから、燃焼室内に残存している排気が吸気通路を通って車外へ排出されるのを防止することができる。ここで、エンジンの回転数を検出するためのセンサとしては、正回転と負回転とを判断できないものが一般的である。本発明では、遊星歯車装置の回転要素にエンジンの出力軸と第１モータの回転軸と第２モータの回転軸と駆動軸とが接続されているため、正回転と負回転とを判断可能な第１モータの回転数と第２モータの回転数とからエンジンの回転方向を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】エンジン２２の構成の概略を示す構成図である。
【図３】正回転方向に動力を出力する場合のエンジン２２の動作の様子と負回転方向に動力を出力する場合のエンジン２２の動作の様子とを示す説明図である。
【図４】エンジン２２の負回転方向の負荷運転によって制動力を出力するときのプラネタリギヤ３０の各回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図である。
【図５】動力方向切替時判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図６】動弁機構１３７が正回転用の状態でエンジン２２が負回転したときの吸排気の様子を説明する説明図である。
【図７】エンジン２２を負回転方向に負荷運転する場合のモータＭＧ１のトルクとエンジン２２の回転数Ｎｅの時間変化の様子と回転方向判定タイミングとを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１１】
図１は、本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図であり、エンジン２２の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図１に示すように、エンジン２２と、プラネタリギヤ３０と、モータＭＧ１と、モータＭＧ２と、インバータ４１，４２と、バッテリ５０と、ハイブリッド用電子制御ユニット（以下、ＨＶＥＣＵという）７０と、を備える。
【００１２】
エンジン２２は、吸気，圧縮，爆発（燃焼），排気の各行程を有する４サイクル機関として構成されており、エンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により燃料噴射制御や点火制御，吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。エンジン２２は、図２に示すように、エアクリーナ１２２により清浄された空気をスロットルバルブ１２４を介して吸気管１２５に吸入すると共に燃料噴射弁１２６からガソリンを噴射して吸入された空気とガソリンとを混合し、この混合気を吸気バルブ１２８ａを介して燃焼室１２９に吸入する。吸入した混合気は、点火プラグ１３０による電気火花によって爆発燃焼され、エンジン２２は、そのエネルギにより押し下げられるピストン１３２の往復運動をクランクシャフト２６の回転運動に変換する。エンジン２２からの排気は、排気バルブ１２８ｂを介して排気管１３３へ送り出された後、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ），窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する浄化触媒（三元触媒）を有する浄化装置１３４を介して外気へ排出される。
【００１３】
吸気バルブ１２８ａおよび排気バルブ１２８ｂは、動弁機構１３７によって開閉駆動される。動弁機構１３７は、吸気カム１３８ａと、排気カム１３８ｂと、吸気側可変バルブタイミング機構１３９ａと、排気側可変バルブタイミング機構１３９ｂと、を備える。
【００１４】
吸気カム１３８ａは、吸気カムシャフトに取り付けられ、吸気カムシャフトの回転により回転して吸気バルブ１２８ａ（吸気ポート）を開閉する。排気カム１３８ｂは、排気カムシャフトに取り付けられ、排気カムシャフトの回転により回転して排気バルブ１２８ｂ（排気ポート）を開閉する。吸気カムシャフトおよび排気カムシャフトは、クランクシャフト２６の回転が図示しないタイミングチェーンまたはタイミングベルトを介して伝達され、クランクシャフト２６が２回転する間、１回転する。
【００１５】
吸気側可変バルブタイミング機構１３９ａは、吸気カム１３８ａの吸気カムシャフトに対する位相を変更したり、位相が異なる２種類のカムを切り替えたりすることにより、吸気バルブ１２８ａの開閉タイミングを変更する。また、排気側可変バルブタイミング機構１３９ｂは、同様に、排気カム１３８ｂの排気カムシャフトに対する位相を変更したり、位相が異なる２種類のカムを切り替えたりすることにより、排気バルブ１２８ｂの開閉タイミングを変更する。なお、吸気側可変バルブタイミング機構１３９ａおよび排気側可変バルブタイミング機構１３９ｂは、例えば、特開２００５−２８１２号公報に記載された構成を採用することができる。
【００１６】
点火プラグ１３０は、イグナイタと一体化されたイグニッションコイルに駆動信号が出力されることにより、電気火花を発生させる。
【００１７】
本実施例のエンジン２２は、吸気カム１３８ａおよび排気カム１３８ｂの位相と点火プラグ１３０の点火時期とを変更することにより、正負両回転方向に動力を出力することができるようになっている。図３は、正回転方向に動力を出力する場合のエンジン２２の動作の様子と負回転方向に動力を出力する場合のエンジン２２の動作の様子とを示す説明図である。エンジン２２は４サイクルエンジンであり、エンジン２２が正回転する場合、図示するように、ピストン１３２は、吸気行程において下降し、圧縮行程において上昇し、爆発行程において下降し、排気行程において上昇する。そして、吸気バルブ１２８ａは、吸気行程の直前に開弁するよう開閉タイミングが設定され、排気バルブ１２８ｂは、排気工程の直前に開弁するよう開閉タイミングが設定され、点火プラグ１３０は、爆発行程の直前に点火するよう点火タイミングが設定される。一方、エンジン２２が負回転すると、図示するように、ピストン１３２は、エンジン２２が正回転する場合とは逆に上下動する。このため、エンジン２２が負回転する場合には、エンジン２２が正回転する場合の排気行程，爆発行程，圧縮行程，吸気行程がそれぞれ吸気行程，圧縮行程，爆発行程，排気行程となるように、吸気バルブ１２８ａの開閉タイミング，排気バルブ１２８ｂの開閉タイミングおよび点火プラグ１３０の点火タイミングを変更する。これにより、エンジン２２が正回転方向および負回転方向のいずれの方向に回転する場合でも、最適な開閉タイミングおよび点火タイミングでエンジン２２を負荷運転することができる。
【００１８】
エンジンＥＣＵ２４は、図示しないが、ＣＰＵ２４ａを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ２４ａの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ２４ｂやデータを一時的に記憶するＲＡＭ２４ｃ，入出力ポート，通信ポートを備える。
【００１９】
エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２を運転制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号の一部として、以下のものを挙げることができる。
・クランクシャフト２６の回転角としてのクランク角ＣＡを検出するクランク角センサ１４０からのクランク角ＣＡ
・エンジン２２の冷却水の温度を検出する水温センサ１４２からの冷却水温
・吸気カム１３８ａ（吸気カムシャフト）および排気カム１３８ｂ（排気カムシャフト）の回転位置をそれぞれ検出するカムポジションセンサ１４４ａ，１４４ｂからのカムポジション
・スロットルバルブ１２４のポジションを検出するスロットルポジションセンサ１４６からのスロットルポジション
・エンジン２２の負荷としての吸入空気量を検出するバキュームセンサ１４８からの吸入空気量
【００２０】
また、エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を運転制御するための種々の制御信号が出力ポートを介して出力されている。種々の制御信号の一部として、以下のものを挙げることができる。
・スロットルバルブ１２４のポジションを調節するスロットルモータ１３６への駆動信号
・燃料噴射弁１２６への駆動信号
・点火プラグ１３０（イグニッションコイル）への制御信号
・吸気側可変バルブタイミング機構１３９ａおよび排気側可変バルブタイミング機構１３９ｂへの制御信号
【００２１】
エンジンＥＣＵ２４は、クランク角センサ１４０からの信号に基づいてエンジン２２の回転数Ｎｅを演算している。
【００２２】
プラネタリギヤ３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１およびリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持するキャリア３４と、を有するシングルピニオン式の遊星歯車機構として構成されている。サンギヤ３１には、モータＭＧ１の回転子が接続されている。リングギヤ３２には、駆動輪３９ａ，３９ｂにデファレンシャルギヤ３８およびギヤ機構３７を介して連結された駆動軸３６が接続されている。キャリア３４には、ダンパ２８を介してエンジン２２のクランクシャフト２６が接続されている。
【００２３】
モータＭＧ１は、例えば同期発電電動機として構成されている。このモータＭＧ１は、上述したように、回転子がプラネタリギヤ３０のサンギヤ３１に接続されている。モータＭＧ２は、例えば同期発電電動機として構成されている。このモータＭＧ２は、回転子が減速ギヤ３５を介して駆動軸３６に接続されている。インバータ４１，４２は、バッテリ５０と共に電力ライン５４に接続されている。モータＭＧ１，ＭＧ２は、モータ用電子制御ユニット（以下、「モータＥＣＵ」という）４０によって、インバータ４１，４２の図示しない複数のスイッチング素子がスイッチング制御されることにより、回転駆動される。
【００２４】
モータＥＣＵ４０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。
【００２５】
モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号の一部として、以下のものを挙げることができる。
・モータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４（例えばレゾルバなど）からの回転位置θｍ１，θｍ２
・モータＭＧ１，ＭＧ２の各相に流れる電流を検出する電流センサからの相電流
【００２６】
モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２の図示しないスイッチング素子へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。
【００２７】
モータＥＣＵ４０は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。このモータＥＣＵ４０は、ＨＶＥＣＵ７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御する。また、モータＥＣＵ４０は、必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の駆動状態に関するデータをＨＶＥＣＵ７０に出力する。モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４からのモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置θｍ１，θｍ２に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を演算している。
【００２８】
バッテリ５０は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されている。このバッテリ５０は、上述したように、インバータ４１，４２と共に電力ライン５４に接続されている。このバッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、「バッテリＥＣＵ」という）５２によって管理されている。
【００２９】
バッテリＥＣＵ５２は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ，データを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。
【００３０】
バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号の一部として、以下のものを挙げることができる。
・バッテリ５０の端子間に設置された電圧センサ５１ａからの電池電圧Ｖｂ
・バッテリ５０の出力端子に取り付けられた電流センサ５１ｂからの電池電流Ｉｂ（バッテリ５０から放電するときが正の値）
・バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１ｃからの電池温度Ｔｂ
【００３１】
バッテリＥＣＵ５２は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。このバッテリＥＣＵ５２は、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータをＨＶＥＣＵ７０に出力する。バッテリＥＣＵ５２は、電流センサ５１ｂからの電池電流Ｉｂの積算値に基づいて蓄電割合ＳＯＣを演算している。蓄電割合ＳＯＣは、バッテリ５０の全容量に対するバッテリ５０から放電可能な電力の容量の割合である。また、バッテリＥＣＵ５２は、蓄電割合ＳＯＣと電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ５０に充放電してもよい許容最大充放電電力（放電側が正の値）である入力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔも設定している。
【００３２】
ＨＶＥＣＵ７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４やデータを一時的に記憶するＲＡＭ７６，入出力ポート，通信ポートを備える。
【００３３】
ＨＶＥＣＵ７０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号の一部として、以下のものを挙げることができる。
・イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号
・シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ
・アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ
・ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ
・車速センサ８８からの車速Ｖ
【００３４】
ＨＶＥＣＵ７０は、上述したように、エンジンＥＣＵ２４，モータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されている。このＨＶＥＣＵ７０は、エンジンＥＣＵ２４，モータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
【００３５】
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸３６に出力すべき要求トルクＴｐ＊を計算し、この要求トルクＴｐ＊に対応する要求動力が駆動軸３６に出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては以下の（１）〜（３）のものがある。（１）のトルク変換運転モードと（２）の充放電運転モードは、いずれもエンジン２２の運転を伴って要求動力が駆動軸３６に出力されるようエンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２とを制御するモードであり、実質的な制御における差異はないため、以下、両者を合わせてエンジン運転モード（ハイブリッドモード）という。
（１）トルク変換運転モード：要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力のすべてがプラネタリギヤ３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されて駆動軸３６に出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する運転モード
（２）充放電運転モード：要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にバッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部がプラネタリギヤ３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによりトルク変換されて要求動力が駆動軸３６に出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する運転モード
（３）モータ運転モード：エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２から要求動力に見合う動力を駆動軸３６に出力するよう駆動制御する運転モード
【００３６】
また、実施例のハイブリッド自動車２０では、シフトレバーのシフトポジションＳＰとして、駐車時に用いる駐車ポジション（Ｐポジション）、後進走行用のリバースポジション（Ｒポジション）、中立のニュートラルポジション（Ｎポジション）、前進走行用の通常のドライブポジション（Ｄポジション）が用意されている。加えて、アクセルオン時の駆動力の設定等はＤポジションと同一であるが走行中のアクセルオフ時に作用させる制動力がＤポジションより大きく設定されるブレーキポジション（Ｂポジション）、アップシフト指示ポジションおよびダウンシフト指示ポジションを有するシーケンシャルシフトポジション（Ｓポジション）も用意されている。ここで、Ｓポジションは、アクセルオン時の駆動力や走行中のアクセルオフ時の制動力を例えば４段階（Ｓ１〜Ｓ４）に変更するポジションである。このＳポジションでは、アップシフト指示ポジションを操作してアップシフトする毎にアクセルオン時の駆動力と走行中のアクセルオフ時の制動力は小さくなり、ダウンシフト指示ポジションを操作してダウンシフトする毎にアクセルオン時の駆動力と走行中のアクセルオフ時の制動力は大きくなる。
【００３７】
走行中のアクセルオフにより制動力を出力するとき、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の制御は、シフトポジションＳＰがＤポジションのときには、エンジン２２への燃料供給を停止すると共にモータＭＧ１から出力するトルクを値０とし、要求制動力の全てがモータＭＧ２の回生制御によって賄われるよう行なう。また、シフトポジションＳＰがＢポジションまたはＳポジションのときには、エンジン２２への燃料供給を停止すると共にモータＭＧ１からのトルクによりエンジン２２をモータリングし、要求制動力からエンジン２２から駆動軸３６に伝達されるトルクを減じたトルクが駆動軸３６に出力されるようモータＭＧ２を制御することにより行なう他、以下のようにしても行なうことができる。
【００３８】
図４は、エンジン２２を負回転方向に負荷運転することによって走行中にアクセルオフによる制動力を出力するときのプラネタリギヤ３０の各回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図である。なお、図中、左のＳ軸はモータＭＧ１の回転数であるサンギヤの回転数を示し、中央のＣ軸はエンジン２２の回転数であるキャリアの回転数を示し、右のＲ軸は駆動軸３６の回転数であるリングギヤの回転数を示す。Ｒ軸上の太線矢印は、モータＭＧ１から出力されたトルクにより駆動軸３６に作用するトルク（−Ｔｍ１／ρ）と、モータＭＧ２から出力されるトルクＴｍ２とを示す。図示するように、エンジン２２が負回転方向に負荷運転すると共にモータＭＧ１からの正のトルクの出力によってエンジントルクの反力を受け持つことにより、エンジントルクを制動力として駆動軸３６に伝達することができる。これにより、モータＭＧ２からの制動力とエンジン２２からの制動力とにより、モータＭＧ２の定格トルクを超える大きな制動力を駆動軸３６に出力することができる。この場合、モータＭＧ１は負の回転数で正のトルクＴｍ１を出力するから発電し、モータＭＧ２は回生制御により発電するから、両モータＭＧ１，ＭＧ２で発電した電力はバッテリ５０に充電されることとなる。
【００３９】
次に、こうして構成された本実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特に、回転方向の切り替えを伴ってエンジン２２を始動する際の動作について説明する。図６は、ＨＶＥＣＵ７０のＣＰＵ７２により実行される動力方向切替時判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば、数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
【００４０】
動力方向切替時判定ルーチンが実行されると、ＨＶＥＣＵ７０のＣＰＵ７２は、まず、エンジン２２の回転方向や運転ポイント（目標回転数Ｎｅ＊、目標トルクＴｅ＊）などのエンジン制御パラメータを設定してエンジンＥＣＵ２４に送信すると共にモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊などのモータ制御パラメータを設定してモータＥＣＵ４０に送信する（ステップＳ１００）。ＨＶＥＣＵ７０（ＣＰＵ７２）は、例えば、駆動軸３６にアクセルオンによる駆動力が要求されているとき、エンジン２２の回転方向を正回転方向に設定し、要求駆動力やバッテリ５０の状態に基づいて車両全体に要求される要求パワーをエンジン２２から出力するための目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊（運転ポイント）を設定する。一方、駆動軸３６にアクセルオフによる制動力が要求されているとき、シフトポジションＳＰがＤポジションの場合、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊に値０を設定すると共に目標トルクＴｅ＊に値０（燃料カット）を設定する。シフトポジションＳＰがＢポジションまたはＳポジションの場合、要求制動力が所定制動力未満であれば、エンジン２２の回転方向を正回転方向に設定し、エンジン２２の目標トルクＴｅ＊に値０（燃料カット）を設定し、エンジンフリクショントルクを用いて要求制動力を出力するためのエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定する。一方、要求トルクＴｐ＊の絶対値が所定制動力以上であれば、エンジン２２の回転方向を負回転方向に設定し、要求制動力を出力するためのエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊（運転ポイント）を設定する。また、ＨＶＥＣＵ７０（ＣＰＵ７２）は、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定すると、設定した目標回転数Ｎｅ＊でエンジン２２を回転させるためのモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊や要求駆動力（要求制動力）を出力するためのモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する。また、ＨＶＥＣＵ７０（ＣＰＵ７２）は、運転モードをモータ運転モードからエンジン運転モードへ切り替える場合や、エンジン２２の負荷運転の回転方向を正回転方向と負回転方向とに切り替える場合には、エンジン２２を設定した回転方向にモータリング（クランキング）するためのモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定してモータＥＣＵ４０に送信すると共に、燃料噴射制御や点火制御などの実行を指示する始動指令をエンジンＥＣＵ２４に送信する。エンジンＥＣＵ２４は、こうして設定されたエンジン制御パラメータ（回転方向，運転ポイント）をＨＶＥＣＵ７０から受信し、受信したエンジン制御パラメータに基づいてエンジン２２の燃料噴射制御や点火制御を行なう。また、モータＥＣＵ４０は、こうして設定されたモータ制御パラメータ（トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊）をＨＶＥＣＵ７０から受信し、受信したモータ制御パラメータに基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２が駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング制御を行なう。また、エンジン２２の回転方向を正回転方向から負回転方向への変更するときには、エンジンＥＣＵ２４は、動弁機構１３７を正回転用から負回転用へ変更し、モータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１によりエンジン２２を負回転方向にモータリングする。そして、エンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２の回転数Ｎｅが点火開始回転数Ｎｆｉｒｅに達すると、燃料噴射制御や点火制御を開始して負回転方向に始動する。また、エンジン２２の回転方向を負回転方向から正回転方向への変更するときには、エンジンＥＣＵ２４は、動弁機構１３７を負回転用から正回転用へ変更し、モータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１によりエンジン２２を正回転方向にモータリングする。そして、エンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２の回転数Ｎｅが点火開始回転数Ｎｆｉｒｅに達すると、燃料噴射制御や点火制御を開始して正回転方向に始動する。
【００４１】
次に、エンジン２２が始動中であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。エンジン２２が始動中であると判定すると、クランク角センサ１４０からのクランク角ＣＡに基づいてエンジンＥＣＵ２４により演算されるエンジン回転数Ｎｅを通信により入力する（ステップＳ１２０）。そして、入力したエンジン回転数Ｎｅが上述した点火開始回転数Ｎｆｉｒｅよりも低い判定開始回転数Ｎｒｅｆ以上であるか否か（ステップＳ１３０）、点火開始回転数Ｎｆｉｒｅ未満であるか否か、即ちエンジン２２の燃料噴射制御および点火制御が開始されていないか否か（ステップＳ１４０）、をそれぞれ判定する。エンジン２２が始動中でないと判定したり、エンジン回転数Ｎｅが判定開始回転数Ｎｒｅｆ以上でないと判定したり、エンジン回転数Ｎｅが点火開始回転数Ｎｆｉｒｅ未満でない（燃料噴射制御および点火制御が開始済み）と判定すると、動力方向切替時判定ルーチンを終了する。
【００４２】
一方、エンジン２２が始動中であり、エンジン回転数Ｎｅが判定開始回転数Ｎｒｅｆ以上であり且つエンジン回転数Ｎｅが点火開始回転数Ｎｆｉｒｅ未満であると判定すると、回転位置検出センサ４３，４４からのモータＭＧ１，ＭＧ２の回転位置θｍ１，θｍ２に基づいてモータＥＣＵ４０により演算されたモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を通信により入力する（ステップＳ１５０）。そして、入力したモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２とプラネタリギヤ３０のギヤ比ρと減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒとに基づいて次式（１）によりエンジン回転数としての計算回転数Ｎｅｃを計算する（ステップＳ１６０）。計算回転数Ｎｅｃを計算すると、計算回転数Ｎｅｃが値０よりも大きいか小さいかによってエンジン２２の回転方向を判定する（ステップＳ１７０）。ここで、本実施例では、クランク角センサ１４０により検出されるエンジン２２のクランク角に基づいてエンジン回転数Ｎｅを演算しているが、クランク角センサ１４０として、エンジン２２の正回転と負回転とを判断できないものが用いられている。一方、モータＭＧ１とモータＭＧ２とエンジン２２とはプラネタリギヤ３０，減速ギヤ３５を介して互いに接続されている。そこで、回転位置センサ４３，４４からの信号に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を算出することにより、回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２とプラネタリギヤ３０のギヤ比ρと減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒとに基づいて正回転と負回転とを判断可能なエンジン回転数（計算回転数Ｎｅｃ）を導出するものとしている。
【００４３】
Nec=(ρ・Nm1+Nm2/Gr)/(1+ρ)    …（１）
【００４４】
次に、動弁機構１３７の状態が正回転用であるか負回転用であるかをエンジンＥＣＵ２４から通信により入力し（ステップＳ１８０）、入力した動弁機構１３７の状態に基づいてエンジン２２の回転方向を判定する（ステップＳ１９０）。なお、動弁機構１３７の状態は、エンジンＥＣＵ２４から動弁機構１３７（吸気側可変バルブタイミング機構１３９ａおよび排気側可変バルブタイミング機構１３９ｂ）の制御状態（制御信号）を入力することにより当該制御状態に基づいて判定するものとしてもよい。また、吸気側可変バルブタイミング機構１３９ａおよび排気側可変バルブタイミング機構１３９ｂの作動状態を検出するセンサからの検出信号を入力することにより当該検出信号に基づいて判定するものとしてもよい。
【００４５】
そして、ステップＳ１７０で判定したエンジン２２の回転方向とステップＳ１９０で判定したエンジン２２の回転方向とが一致するか否かを判定する（ステップＳ２００）。エンジン２２の回転方向が一致すると判定すると、エンジンＥＣＵ２４に対して燃料噴射制御および点火制御の実行を許可して（ステップＳ２１０）、動力方向切替時判定ルーチンを終了する。これにより、エンジンＥＣＵ２４は、モータリング中のエンジン２２の回転数Ｎｅが点火開始回転数Ｎｆｉｒｅに達すると、燃料噴射制御と点火制御とを開始する。一方、エンジン２２の回転方向が一致しないと判定すると、エンジンＥＣＵ２４に対して燃料噴射制御および点火制御の実行を禁止し、スロットルバルブ１２４の全閉を指令して（ステップＳ２２０）、動力方向切替時判定ルーチンを終了する。
【００４６】
図６は、動弁機構１３７が正回転用の状態でエンジン２２が負回転したときの吸排気の様子を説明する説明図である。いま、エンジンＥＣＵ２４に対してエンジン２２を正回転方向から負回転方向へ負荷運転する指令がなされたときに、動弁機構１３７が何らかの原因によって正回転用から負回転用へ切り替わらなかった場合を考える。この場合、図示するように、モータＭＧ１によりエンジン２２が負回転方向にモータリングされると、ピストン１３２はエンジン２２が正回転する場合と逆方向に上下動する。一方、吸気バルブ１２８ａおよび排気バルブ１２８ｂはエンジン２２が正回転する場合のタイミングで開閉する。このため、排気バルブ１２８ｂは吸気行程で開弁し、排気管１３３の排気が燃焼室１２９内に吸入される。また、吸気バルブ１２８ａは排気行程で開弁し、燃料室１２９内に吸入した排気を吸気管１２５へ排出する。本実施例では、動弁機構１３７が正常に作動しなかったときには、燃料噴射および点火（エンジン２２の始動）を禁止すると共にスロットルバルブ１２４を全閉するから、燃焼室１２９内や排気管１３３内に残存している排気（浄化装置１３４によって浄化されていない排気）が吸気管１２５から外気へ排出されないようにすることができる。
【００４７】
図７は、エンジン２２を負回転方向に負荷運転する場合のモータＭＧ１のトルクとエンジン２２の回転数Ｎｅの時間変化の様子と回転方向判定タイミングとを示す説明図である。図示するように、時刻ｔ１にモータＭＧ１からのトルクによりエンジン２２の負回転方向へのモータリングを開始した後、時刻ｔ１にエンジン２２の回転数Ｎｅが判定開始回転数Ｎｒｅｆに達すると、動弁機構１３７が正常に作動しているかの判定を行なう。この判定は、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２から計算されるエンジン回転数(計算回転数Ｎｅｃ）に基づくエンジン２２の回転方向と、エンジンＥＣＣＵ２４が認識している動弁機構１３７の作動状態（制御状態）から特定されるエンジン２２の回転方向とが一致するか否かにより行なう。ここで、判定開始回転数Ｎｒｅｆは、回転位置センサ４３，４４により検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２の回転位置θｍ１，θｍ２からその回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を演算できる程度の回転数で足り、燃料噴射制御および点火制御を開始する点火開始回転数Ｎｆｉｒｅよりも低い回転数に定めることができる。したがって、エンジン２２の燃料噴射制御および点火制御が開始される前に、動弁機構１３７の異常を判定することができる。なお、エンジン２２の回転方向が一致していれば、燃料噴射制御および点火制御の実行が許可されるため、時刻ｔ３にエンジン２２の回転数Ｎｅが点火開始回転数Ｎｆｉｒｅに達したときに、エンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２の燃料噴射制御および点火制御を開始する。
【００４８】
以上説明した本実施例のハイブリッド自動車２０によれば、モータＭＧ１によりエンジン２２をモータリング（クランキング）して始動する場合、モータリング中のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１とモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２とから算出されるエンジン２２の回転方向と、エンジンＥＣＵ２４が認識している動弁機構１３７の作動状態から特定されるエンジン２２の回転方向とが一致しない場合には、燃料噴射制御および点火制御の実行を禁止し、スロットルバルブ１２４を全閉する。これにより、正常に始動できないエンジン２２へ燃料供給されるのを回避することができる。また、燃焼室１２９や排気管１３３内の排気が吸気管１２５を通って外気へ排出されるのを抑制することができる。この結果、動弁機構１３７の異常を適切に判定することができると共に、異常の発生に適切に対処することができる。
【００４９】
実施例では、モータリング中のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１とモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２とから算出されるエンジン２２の回転方向と、エンジンＥＣＵ２４が認識している動弁機構１３７の作動状態から特定されるエンジン２２の回転方向とが一致しない場合には、燃料噴射制御および点火制御の実行を禁止すると共にスロットルバルブ１２４を全閉するものとした。しかし、燃料噴射制御および点火制御の実行を禁止するが、スロットルバルブ１２４は全閉しないものとしてもよい。
【００５０】
実施例では、エンジン２２の回転数Ｎｅが点火開始回転数Ｎｆｉｒｅ未満であるか否かによってエンジン２２の燃料噴射制御および点火制御が開始されているか否かを判定するものとした。しかし、エンジンＥＣＵ２４からエンジン２２の制御状態を入力することにより、燃料噴射制御および点火制御が開始されているか否かを判定するものとしてもよい。
【００５１】
実施例では、エンジン２２を負回転方向に負荷運転することにより、エンジン２２から出力される動力を制動力として駆動軸３６に伝達するものとしたが、エンジン２２からの負回転方向の動力をリバース走行に用いる等としてもよい。
【００５２】
実施例では、モータＭＧ２が減速ギヤ３５を介して駆動軸３６に接続されているものとした。しかし、モータＭＧ２が駆動軸３６に直結されるものとしてもよい。また、モータＭＧ２が変速機を介して駆動軸３６に接続されるものとしてもよい。
【００５３】
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン２２が「エンジン」に相当し、吸気管１２５が「吸気通路」に相当し、スロットルバルブ１２４が「スロットル弁」に相当し、スロットルモータ１３６が「スロットル弁駆動装置」に相当し、排気管１３３が「排気通路」に相当し、吸気バルブ１２８ａが「吸気弁」に相当し、排気バルブ１２８ｂが「排気弁」に相当し、動弁機構１３７が「吸排弁駆動装置」に相当し、モータＭＧ１が「第１モータ」に相当し、プラネタリギヤ３０が「遊星歯車装置」に相当し、モータＭＧ２が「第２モータ」に相当し、バッテリ５０が「二次電池」に相当し、ＨＶＥＣＵ７０とエンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０とが「切替制御手段」に相当する。
【００５４】
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
【００５５】
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、ハイブリッド自動車の製造産業に利用可能である。
【符号の説明】
【００５７】
２０  ハイブリッド自動車、２２  エンジン、２４  エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２４ａ  ＣＰＵ、２４ｂ  ＲＯＭ、２４ｃ  ＲＡＭ、２６  クランクシャフト、２８  ダンパ、３０  プラネタリギヤ、３１  サンギヤ、３２  リングギヤ、３３  ピニオンギヤ、３４  キャリア、３６  駆動軸、３７  ギヤ機構、３８  デファレンシャルギヤ、３９ａ，３９ｂ  駆動輪、４０  モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２  インバータ、４３，４４  回転位置検出センサ、５０  バッテリ、５１ａ  電圧センサ、５１ｂ  電流センサ、５１ｃ  温度センサ、５２  バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、７０  ハイブリッド用電子制御ユニット（ＨＶＥＣＵ）、７２  ＣＰＵ、７４  ＲＯＭ、７６  ＲＡＭ、８０  イグニッションスイッチ、８１  シフトレバー、８２  シフトポジションセンサ、８３  アクセルペダル、８４  アクセルペダルポジションセンサ、８５  ブレーキペダル、８６  ブレーキペダルポジションセンサ、８８  車速センサ、１２２  エアクリーナ、１２４  スロットルバルブ、１２５  吸気管、１２６  燃料噴射弁、１２８ａ  吸気バルブ、１２８ｂ  排気バルブ、１２９  燃焼室、１３０  点火プラグ、１３２  ピストン、１３３  排気管、１３４  浄化装置、１３６  スロットルモータ、１３７  動弁機構、１３８ａ  吸気カム、１３８ｂ  排気カム、１３９ａ  吸気側可変バルブタイミング機構、１３９ｂ  排気側可変バルブタイミング機構、１４０  クランク角センサ、１４２  水温センサ、１４４ａ，１４４ｂ  カムポジションセンサ、１４６  スロットルポジションセンサ、１４８  バキュームセンサ、ＭＧ１，ＭＧ２  モータ。
【図１】
2017136946.tif 000003
【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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【図７】
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