JP2007291935A - 内燃機関装置、それを搭載した車両及び内燃機関装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気バルブの開閉タイミングを変更可能な内燃機関のアイドル運転において振動の発生を抑制することができる。
【解決手段】ハイブリッド自動車２０は、可変バルブタイミング機構１５０と、最遅角位置で可変バルブタイミング機構１５０を固定するロックピン１５４とを備えている。そして、アイドル条件が成立しロックピン１５４が筒内圧縮圧力の低い最遅角位置での固定を解除した状態であるときにはこの最遅角位置よりも進角した位置でエンジン２２をアイドル制御し、アイドル条件が成立しロックピン１５４が最遅角位置での固定を解除できない状態であるときには、アイドル制御と異なる制御を実行する。具体的には、バッテリ５０の充電制御か、エンジン２２を停止するかをバッテリ５０の残容量ＳＯＣに基づいて切り替えて実行する。このように、筒内圧縮圧力が低い状態でのエンジン２２のアイドル制御を回避する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関装置、それを搭載した車両及び内燃機関装置の制御方法に関する。

従来、内燃機関装置としては、油圧式のアクチュエータを用いて内燃機関の吸気バルブの開閉タイミングを変更するバルブタイミング可変機構と、このバルブタイミング可変機構を最進角位置又は最遅角位置で固定可能なロックピンとを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、内燃機関の温度が低いときには最進角位置でバルブタイミング可変機構をロックピンにより固定して圧縮圧を高くして内燃機関を始動することにより冷間時の始動性を向上させ、内燃機関の温度が高いときには最遅角位置でバルブタイミング可変機構をロックピンにより固定して圧縮圧を低くして内燃機関を始動することにより始動時の振動を減少させる。そして、内燃機関の始動後は油圧を用いてロックピンによるバルブタイミング可変機構の固定を解除して任意の開閉タイミングで内燃機関の運転を行う。
特開２０００−３２０３５６号公報

しかしながら、この特許文献１に記載された内燃機関装置では、バルブタイミング可変機構を駆動する油温が高い場合など油の粘性が低いときなどには、油圧がうまく作用せず、ロックピンが抜けにくくなることがあった。そして、圧縮圧を低減する遅角位置でバルブタイミング可変機構が固定されたまま内燃機関のアイドル運転を実行してしまうと、通常のアイドル運転時に比べ内燃機関から出力される動力が小さくなるなどして、振動が発生してしまうことがあった。

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、吸気バルブの開閉タイミングを変更可能な内燃機関のアイドル運転において振動の発生を抑制することができる内燃機関装置、それを搭載した車両及び内燃機関装置の制御方法を提供することを目的とする。

本発明は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の内燃機関装置は、
内燃機関と、
前記内燃機関の吸気バルブの開閉タイミングを変更可能な開閉タイミング変更手段と、
吸気バルブの開閉タイミングが前記内燃機関の圧縮行程における筒内の圧力である筒内圧縮圧力を通常時よりも低減する遅角側の所定タイミングとなる位置で前記開閉タイミング手段変更手段を固定可能な固定手段と、
前記固定手段の状態を検出する検出手段と、
所定のアイドル条件が成立し前記検出手段によって前記固定手段が前記所定タイミングとなる位置での固定を解除した状態であると検出されたときには前記所定タイミングよりも進角した位置で前記内燃機関をアイドル運転する通常時アイドル制御を実行するよう前記内燃機関と前記開閉タイミング変更手段とを制御し、所定のアイドル条件が成立し前記検出手段によって前記固定手段が前記所定タイミングとなる位置での固定を解除できない状態であると検出されたときには前記通常時アイドル制御と異なる固定時制御を実行するよう前記内燃機関を制御する制御手段と、
を備えたものである。

この内燃機関装置では、所定のアイドル条件が成立し固定手段が筒内圧縮圧力を通常時よりも低減する遅角側の所定タイミングとなる位置での固定を解除した状態であるときにはこの所定タイミングよりも進角した位置で内燃機関をアイドル運転する通常時アイドル制御を実行するよう内燃機関と開閉タイミング変更手段とを制御し、所定のアイドル条件が成立し固定手段が所定タイミングとなる位置での固定を解除できない状態であるときには通常時アイドル制御と異なる固定時制御を実行するよう内燃機関を制御する。ここで、開閉タイミング変更手段の固定を解除可能であるときには遅角側の所定タイミングよりも進角させてアイドル運転を実行することにより内燃機関の振動が抑えられるが、固定手段が筒内圧縮圧力を通常時よりも低減した遅角側の所定タイミングとなる位置での固定を解除できないときには、圧縮される筒内の気体量が少ないことから内燃機関からアイドル回転数を安定して維持可能な動力を出力できないことがあり、この状態で内燃機関のアイドル運転を行うと、振動が生じることがある。ここでは、固定手段が遅角側の所定タイミングとなる位置での固定を解除できない状態で通常時アイドル制御を実行してしまうのを固定時制御を行うことによって回避するのである。したがって、固定手段が遅角側の所定タイミングとなる位置での固定を解除できないときに、通常時アイドル制御を実行することにより生じる内燃機関の振動を抑制することができる。

本発明の内燃機関装置は、駆動軸に動力の入出力が可能な電動機と、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され、電力と動力との入出力を伴って該内燃機関からの動力の少なくとも一部を前記駆動軸に出力可能な電力動力入出力手段と、前記電動機と前記電力動力入出力手段と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、を備えたものとしてもよい。このとき、前記電力動力入出力手段は、前記駆動軸と前記内燃機関の出力軸と回転可能な回転軸の３軸に接続され該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、前記回転軸に動力を入出力可能な発電機と、を備える手段であるものとしてもよい。

本発明の内燃機関装置において、前記制御手段は、前記固定時制御を実行するに際して、前記蓄電手段に電力を蓄電させるよう前記内燃機関と前記電動機と前記電力動力入出力手段とを制御する蓄電制御を実行するものとしてもよい。こうすれば、蓄電制御を利用して電動機や電力動力入出力手段の駆動を伴って内燃機関から出力する動力を高めるため、内燃機関の振動の発生を抑制しやすい。あるいは、前記制御手段は、前記固定時制御を実行するに際して、前記蓄電手段に電力を蓄電させる蓄電制御と前記内燃機関の運転停止とを前記蓄電手段の残容量に基づいて切り替えて実行するよう前記内燃機関と前記電動機と前記電力動力入出力手段とを制御するものとしてもよい。このとき、前記制御手段は、前記蓄電制御と前記内燃機関の運転停止とを前記蓄電手段の残容量に基づいて切り替えて実行するに際して、前記蓄電手段の残容量が所定値未満であるときには前記蓄電制御を実行するよう前記内燃機関と前記電動機と前記電力動力入出力手段とを制御し、前記蓄電手段の残容量が前記所定値以上であるときには前記内燃機関の運転を停止させるものとしてもよい。こうすれば、蓄電手段の残容量が所定値より小さいときには蓄電制御を利用して電動機や電力動力入出力手段の駆動を伴って内燃機関から出力する動力を高めることが可能であり、蓄電手段の残容量が所定値以上であるときにはアイドル条件が成立していても内燃機関を停止するため、蓄電手段の保護を図ると共に内燃機関の振動の発生を抑制することができる。

本発明の内燃機関装置において、前記制御手段は、前記固定時制御を実行するに際して、前記内燃機関の運転を停止させるものとしてもよい。こうすれば、開閉タイミング変更手段の遅角側の所定タイミングでの固定を解除できないときにはアイドル条件が成立していても内燃機関を停止するため、内燃機関の振動の発生を防止することができる。

本発明の内燃機関装置において、前記制御手段は、前記固定時制御を実行するに際して、前記通常時アイドル制御よりも高い回転数で前記内燃機関をアイドル運転するよう前記内燃機関を制御するものとしてもよい。こうすれば、開閉タイミング変更手段の遅角側の所定タイミングでの固定を解除できない状態で内燃機関の通常時アイドル制御を行う場合に比べてトルク変動が小さくなるため、内燃機関の振動の発生を抑制することができる。

本発明の車両は、上述したいずれかに記載の内燃機関装置を搭載し、車軸が前記駆動軸に連結されてなるものである。この内燃機関装置は、上述したように吸気バルブの開閉タイミングを変更可能な内燃機関のアイドル運転において振動の発生を抑制することができるものであるから、これを備えた車両も同様の効果が得られる。

本発明の内燃機関装置の制御方法は、
内燃機関と、前記内燃機関の吸気バルブの開閉タイミングを変更可能な開閉タイミング変更手段と、吸気バルブの開閉タイミングが通常時よりもコンプレッション仕事を低減する遅角側の所定タイミングとなる位置で前記開閉タイミング手段変更手段を固定可能な固定手段とを備えた内燃機関装置の制御方法であって、
所定のアイドル条件が成立し前記固定手段が前記所定タイミングとなる位置での固定を解除した状態であるときには前記所定タイミングよりも進角した位置で前記内燃機関をアイドル運転する通常時アイドル制御を実行するよう前記内燃機関と前記開閉タイミング変更手段とを制御し、所定のアイドル条件が成立し前記固定手段が前記所定タイミングとなる位置での固定を解除できない状態であるときには前記通常時アイドル制御と異なる固定時制御を実行するよう前記内燃機関を制御する、
ことを含むものである。

この内燃機関装置の制御方法では、所定のアイドル条件が成立し固定手段が筒内圧縮圧力を通常時よりも低減する遅角側の所定タイミングとなる位置での固定を解除した状態であるときにはこの所定タイミングよりも進角した位置で内燃機関をアイドル運転する通常時アイドル制御を実行するよう内燃機関と開閉タイミング変更手段とを制御し、所定のアイドル条件が成立し固定手段が所定タイミングとなる位置での固定を解除できない状態であるときには通常時アイドル制御と異なる固定時制御を実行するよう内燃機関を制御する。ここで、開閉タイミング変更手段の固定を解除可能であるときには遅角側の所定タイミングよりも進角させてアイドル運転を実行することにより内燃機関の振動が抑えられるが、固定手段が筒内圧縮圧力を通常時よりも低減した遅角側の所定タイミングとなる位置での固定を解除できないときには、圧縮される筒内の気体量が少ないことから内燃機関からアイドル回転数を安定して維持可能な動力を出力できないことがあり、この状態で内燃機関のアイドル運転を行うと、振動が生じることがある。ここでは、固定手段が遅角側の所定タイミングとなる位置での固定を解除できない状態で通常時アイドル制御を実行してしまうのを固定時制御を行うことによって回避するのである。したがって、固定手段が遅角側の所定タイミングとなる位置での固定を解除できないときに、通常時アイドル制御を実行することにより生じる内燃機関の振動を抑制することができる。なお、この内燃機関装置の制御方法において、上述した内燃機関装置の種々の態様を採用してもよいし、また、上述した内燃機関装置の各機能を実現するようなステップを追加してもよい。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例である動力出力装置を搭載した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。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続された３軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、動力分配統合機構３０に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに取り付けられた減速ギヤ３５と、この減速ギヤ３５に接続されたモータＭＧ２と、動力出力装置全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。

エンジン２２は、例えばガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力可能な内燃機関として構成されており、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を介して吸入する共に燃料噴射弁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１２８を介して燃料室に吸入し、点火プラグ１３０による電気火花によって爆発燃焼させて、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２３の回転運動に変換する。エンジン２２からの排気は、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装置（三元触媒）１３４を介して外気へ排出される。

また、エンジン２２は、吸気バルブ１２８の開閉タイミングを連続的に変更可能な可変バルブタイミング機構１５０を備える。図３および図４に、可変バルブタイミング機構１５０の構成の概略を示す構成図を示す。可変バルブタイミング機構１５０は、図示するように、クランクシャフト２６にタイミングチェーン１６２を介して接続されたタイミングギヤ１６４に固定されたハウジング部１５２ａと吸気バルブ１２８を開閉するインテークカムシャフト１２９に固定されたベーン部１５２ｂとからなるベーン式のＶＶＴコントローラ１５２と、ベーン部１５２ｂの位置を検出するベーンポジションセンサ１５３と、ＶＶＴコントローラ１５２の進角室および遅角室に油圧を作用させるオイルコントロールバルブ１５６とを備え、オイルコントロールバルブ１５６を介してＶＶＴコントローラ１５２の進角室および遅角室に作用させる油圧を調節することによりハウジング部１５２ａに対してベーン部１５２ｂを相対的に回転させて吸気バルブ１２８の開閉タイミングにおけるインテークカムシャフト１２９の角度を連続的に変更する。インテークカムシャフト１２９の角度を進角させたときの吸気バルブ１２８の開閉タイミングおよびインテークカムシャフト１２９の角度を遅角させたときの吸気バルブ１２８の開閉タイミングの一例を図５に示す。実施例では、エンジン２２から効率よく動力が出力される吸気バルブ１２８の開閉タイミングにおけるインテークカムシャフト１２９の角度を基準角とし、インテークカムシャフト１２９の角度をその基準角よりも進角させることによりエンジン２２から高トルクが出力可能な運転状態とすることができ、インテークカムシャフト１２９の角度を最遅角させることによりエンジン２２の気筒内の圧力変動を小さくしてエンジン２２の運転の停止や始動に適した運転状態とすることができるよう構成されている。

また、ＶＶＴコントローラ１５２のベーン部１５２ｂには、ハウジング部１５２ａとベーン部１５２ｂとの相対回転を固定するロックピン１５４が取り付けられている。図６にロックピン１５４の構成の概略を示す構成図を示す。ロックピン１５４は、図示するようにロックピン本体１５４ａと、ロックピン本体１５４ａがハウジング部１５２ａの方向に付勢されるよう取り付けられたスプリング１５４ｂとを備え、インテークカムシャフト１２９の角度が最遅角に位置されたときにスプリング１５４ｂのスプリング力によりハウジング部１５２ａに形成された溝１５８に嵌合しベーン部１５２ｂをハウジング部１５２ａに固定する。また、ロックピン１５４は、油路１５９を介してスプリング１５４ｂのスプリング力に打ち勝つ油圧を作用させることにより溝１５８に嵌合されたロックピン本体１５４ａを引き抜くことができるよう図示しない油圧式のアクチュエータが設けられている。

エンジン２２は、エンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により制御されている。エンジンＥＣＵ２４は、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と、データを一時的に記憶するＲＡＭ２４ｃと、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２の状態を検出する種々のセンサからの信号、クランクシャフト２３の回転位置を検出するクランクポジションセンサ１４０からのクランクポジションやエンジン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，燃焼室内に取り付けられた圧力センサ１４３からの筒内圧力Ｐｉｎ，燃焼室へ吸排気を行なう吸気バルブ１２８や排気バルブを開閉するカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサ１４４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バルブポジションセンサ１４６からのスロットルポジション，吸気管に取り付けられたエアフローメータ１４８からのエアフローメータ信号ＡＦ，同じく吸気管に取り付けられた温度センサ１４９からの吸気温，空燃比センサ１３５ａからの空燃比ＡＦ，酸素センサ１３５ｂからの酸素信号，ベーンポジションセンサ１５３からのベーンポジションなどが入力ポートを介して入力されている。また、エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を駆動するための種々の制御信号、例えば、燃料噴射弁１２６への駆動信号や、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、イグナイタと一体化されたイグニッションコイル１３８への制御信号、吸気バルブ１２８の開閉タイミングの変更可能な可変バルブタイミング機構１５０への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。なお、エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータを出力する。

動力分配統合機構３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合すると共にリングギヤ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とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構３０は、キャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、サンギヤ３１にはモータＭＧ１が、リングギヤ３２にはリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５がそれぞれ連結されており、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側にそのギヤ比に応じて分配し、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力とサンギヤ３１から入力されるモータＭＧ１からの動力を統合してリングギヤ３２側に出力する。リングギヤ３２に出力された動力は、リングギヤ軸３２ａからギヤ機構６０およびデファレンシャルギヤ６２を介して、最終的には車両の駆動輪６３ａ，６３ｂに出力される。

モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ４１，４２を介してバッテリ５０と電力のやりとりを行なう。インバータ４１，４２とバッテリ５０とを接続する電力ライン５４は、各インバータ４１，４２が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかで発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。したがって、バッテリ５０は、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかから生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。なお、モータＭＧ１，ＭＧ２により電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ５０は充放電されない。モータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれもモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０により駆動制御されている。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、例えばモータ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からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などが入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ４０は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。

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。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧，バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流，バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１からの電池温度Ｔｂなどが入力されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。なお、バッテリＥＣＵ５２では、バッテリ５０を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量（ＳＯＣ）も演算している。

ハイブリッド用電子制御ユニット７０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と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット７０には、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などが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータ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。

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としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸３２ａ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、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動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されてリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モードや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動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する充放電運転モード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸３２ａに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。

ハイブリッド自動車２０は、車両に要求される要求パワーなどに基づいてエンジン２２の運転・停止を繰り返す間欠運転を行う。このハイブリッド自動車２０は、エンジン２２を停止する際には、可変バルブタイミング機構１５０を駆動してロックピン１５４を溝１５８に嵌合させることによりベーン部１５２ｂを最遅角位置で固定させるよう設定されている。また、ハイブリッド自動車２０は、エンジン２２を始動する際には、ロックピン１５４によりベーン部１５２ｂを最遅角位置で固定し圧縮行程の筒内圧縮圧力を通常時よりも低減した状態でモータＭＧ１によりクランキングを行い、エンジン２２が完爆したあとに油圧をロックピン本体１５４ａに作用させ溝１５８への嵌合を解除し、最遅角位置よりも進角側の吸気バルブ１２８の開閉タイミングでエンジン２２の運転を行うよう設定されている。このように、エンジン２２の始動時には、吸気バルブ１２８の開閉タイミングを最遅角位置とし筒内圧縮圧力を低減するからエンジン２２を始動しやすいし、ロックピン１５４によりハウジング部１５２ａとベーン部１５２ｂとを固定するからこれらの間のがたつきを防止することができる。

次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特にエンジン２２のアイドル運転を実行する際の動作について説明する。図７は、エンジンＥＣＵ２４により実行されるアイドル要求時制御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、エンジンＥＣＵ２４がハイブリッド用電子制御ユニット７０からアイドル指令を受信している間に所定時間毎（例えば数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。このアイドル指令は、車両に要求される要求パワーＰ＊が所定の閾値Ｐｒｅｆよりも小さい場合などエンジンからのパワーの出力が要求されていないときや、エンジン２２の暖機時などのアイドル条件が成立したときなどにハイブリッド用電子制御ユニット７０から送信される。以下、説明の便宜のため、シフトポジションＳＰがパーキングポジションにありエンジン２２の暖機時について説明する。

アイドル要求時制御ルーチンが実行されると、エンジンＥＣＵ２４のＣＰＵ２４ａは、まず、バッテリ５０の残容量ＳＯＣをバッテリＥＣＵ５２から入力する（ステップＳ１００）。次に、油圧を用いてロックピン１５４の嵌合を解除すると共に予め定められたアイドル運転用の開閉タイミングとなるよう可変バルブタイミング機構１５０を駆動し（ステップＳ１１０）、ロックピン１５４によるハウジング部１５２ａとベーン部１５２ｂとの間の固定が解除されているか否かを判定する（ステップＳ１２０）。ここで、アイドル運転用の開閉タイミングとなるベーン部１５２ｂの位置は、本実施例では、基準角となる位置（図５参照）の数度遅角側の位置に設定されている。また、ロックピン１５４が解除されているか否かの判定は、可変バルブタイミング機構１５０を駆動したときにベーン部１５２ｂの位置が最遅角位置から変化したか否かをベーンポジションセンサ１５３から入力したベーンポジションに基づいて判定することにより行う。このロックピン１５４は、例えばロックピン１５４を作動するアクチュエータの油温が高くなることにより作動油の粘性が低くなると油圧がロックピン本体１５４ａに作用しにくくなり溝１５８から抜けにくくなることがある。ロックピン１５４によるベーン部１５２ｂの固定が解除できないときは、最遅角の開閉タイミングで吸気バルブ１２８が開閉することになる。なお、可変バルブタイミング機構１５０が既にアイドル運転用の開閉タイミングとなっているときには、ステップＳ１１０の処理は省略される。

ステップＳ１２０でロックピン１５４による固定が解除されていると判定されたときには、可変バルブタイミング機構１５０がアイドル運転用の開閉タイミングとなるのを待って、アイドル制御を実行し（ステップＳ１３０）、このルーチンを終了する。ここで、アイドル制御としては、エンジン２２の回転数Ｎｅが所定のアイドル回転数Ｎｅｉｄｌ（例えば６００ｒｐｍや１０００ｒｐｍなど）となるようにスロットルバルブ１２４のポジションを調節する処理などを行う。

一方、ステップＳ１２０でロックピン１５４による固定が解除されていないと判定されたときには、通常のアイドル制御とは異なるロックピン固定時制御を実行する（ステップＳ１４０〜Ｓ１６０）。具体的には、まず、ステップＳ１００で入力したバッテリ５０の残容量ＳＯＣが閾値Ｓ１未満であるか否かを判定する（ステップＳ１４０）。この閾値Ｓ１は、バッテリ５０に電力を充電可能か否かを判定する値であり、残容量ＳＯＣの最大値の７０％や８０％などに定めることができる。バッテリ５０の残容量ＳＯＣが閾値Ｓ１未満であると判定されたときには、バッテリ５０へ電力を充電可能であるものとみなし、バッテリ５０の充電制御を実行し（ステップＳ１５０）、このルーチンを終了する。

ここでバッテリ充電制御について説明する。このバッテリ充電制御は、エンジン目標回転数Ｎｅ＊を所定の充電用回転数Ｎｅｃｈに設定すると共にエンジン目標トルクＴｅ＊を所定の充電用トルクＴｅｃｈに設定し、この目標回転数Ｎｅ＊，目標トルクＴｅ＊がエンジン２２から出力されるようモータＭＧ１の駆動制御を行うのである。ここでは、エンジン２２の充電用回転数Ｎｅｃｈは、アイドル回転数Ｎｅｉｄｌよりも高い回転数（例えば１５００ｒｐｍや２０００ｒｐｍなど）に設定されている。また、モータＭＧ１の駆動制御は、エンジンＥＣＵ２４がハイブリッド用電子制御ユニット７０に充電指令を送信し、この充電指令を受信したハイブリッド用電子制御ユニット７０がモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊とトルク指令Ｔｍ１とを設定し、この設定された目標回転数Ｎｍ１＊とトルク指令Ｔｍ１とになるようにインバータ４１を制御することにより行われる。ここで、動力分配統合機構３０の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を図８に示す。図中、左のＳ軸はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１であるサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はエンジン２２の回転数Ｎｅであるキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除したリングギヤ３２の回転数Ｎｒを示し、「ρ」は、動力分配統合機構３０のギヤ比を示す。図８に示すように、モータＭＧ１を回転数Ｎｍ１，トルクＴｍ１で駆動すると、それに応じた電力がバッテリ５０に充電される。

ここで、アイドル運転ではエンジン２２の回転数Ｎｅが比較的小さいことや、筒内圧縮圧力を低減する最遅角位置でベーン部１５２ｂが固定された状態では圧縮行程で圧縮する混合気量が通常時のアイドリング制御に比べて少なくエンジン２２からトルクを出力しにくくエンジン２２の回転数Ｎｅが不安定になることなどがあるため、このような状態でアイドル運転を行うと振動や騒音が発生してしまう。ここでは、アイドル回転数Ｎｅｉｄｌよりも高い回転数Ｎｅｃｈで、且つモータＭＧ１によってエンジン２２の回転を押さえ込む方向にトルクをかけてエンジン２２からトルクをより出力する状態（発電状態）とするため、振動や騒音を低減することができる。このように、ロックピン１５４が筒内圧縮圧力を低減する最遅角位置でのベーン部１５２ｂの固定を解除できずバッテリ５０が充電可能であるときには、エンジン２２のアイドル条件が成立していてもバッテリ５０への充電制御を実行するのである。

一方、ステップＳ１４０でバッテリ５０の残容量ＳＯＣが閾値Ｓ１以上であると判定されたときには、バッテリ５０へ電力を充電できないものとみなし、エンジン２２を停止させ（ステップＳ１６０）、このルーチンを終了する。ここで、エンジン２２の停止は、燃料噴射弁１２６からの燃料噴射を停止することによりフリクションを利用してエンジン２２の回転数Ｎｅを低下させる。このように、ロックピン１５４が筒内圧縮圧力を低減する最遅角位置でのベーン部１５２ｂの固定を解除できずバッテリ５０が充電できないときには、エンジン２２のアイドル条件が成立していてもエンジン２２を停止するのである。

その後、ロックピン１５４を作動させるアクチュエータの作動油の温度が低下するなどしてロックピン本体１５４ａに油圧がかかるようになると、ロックピン１５４によるハウジング部１５２ａとベーン部１５２ｂとの固定が解除されて可変バルブタイミング機構１５０が自由に駆動可能となる。そして、アイドル条件が成立したときには、上述したアイドル要求時制御ルーチンのアイドル制御を実行する（ステップＳ１００〜Ｓ１３０）。

以上詳述した本実施例のハイブリッド自動車２０によれば、所定のアイドル条件が成立しロックピン１５４が筒内圧縮圧力の低い最遅角位置での固定を解除した状態であるときにはこの最遅角位置よりも進角した位置でエンジン２２をアイドル運転し、所定のアイドル条件が成立しロックピン１５４が最遅角位置での固定を解除できない状態であり、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが閾値Ｓ１未満であるときにはバッテリ５０の充電制御を実行するようエンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２とを制御し、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが閾値Ｓ１以上であるときにはエンジン２２を停止させる。ここで、可変バルブタイミング機構１５０の固定を解除可能であるときには最遅角位置よりも進角させてアイドル制御を実行することによりエンジン２２の振動が抑えられるが、ロックピン１５４が筒内圧縮圧力を通常時よりも低減した最遅角位置での固定を解除できないときには、圧縮される筒内の空気量が少ないことからエンジン２２からアイドル回転数Ｎｅｉｄｌを安定して維持可能な動力を出力できないことがあり、この状態でエンジン２２のアイドル運転を行うと振動が生じてしまう。ここでは、ロックピン１５４が最遅角位置での固定を解除できない状態で通常時アイドル制御を実行してしまうのをロックピン固定時制御を行うことによって回避するのである。このように、可変バルブタイミング機構１５０の最遅角位置での固定を解除できないときには、モータＭＧ１，ＭＧ２の駆動を伴ってバッテリ５０を充電することによりエンジン２２から出力する動力を高めるため、エンジン２２の振動の発生を抑制しやすいし、アイドル条件が成立していてもエンジン２２を停止するため、エンジン２２の振動の発生を防止することができる。また、バッテリ５０の残容量ＳＯＣに基づいてバッテリ５０の充電制御とエンジン２２の停止とを切り替えるため、バッテリ５０を十分に保護することができる。また、バッテリ５０の充電制御において通常のアイドル回転数Ｎｅｉｄｌよりも高い充電用回転数Ｎｅｃｈでエンジン２２を運転するため、筒内圧縮圧力が小さい状態で通常時のエンジン２２の回転数Ｎｅｉｄｌでアイドル制御する場合に比べてトルク変動が小さくなり、エンジン２２の振動の発生を抑制しやすい。

なお、本発明は上述した実施例に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施例では、バッテリ５０の残容量ＳＯＣに基づいてバッテリ５０の充電制御の実行とエンジン２２の停止とを切り替えるものとしたが、バッテリ５０の充電制御とエンジン２２の停止との少なくとも一方を実行するものとしてもよい。こうしても、エンジン２２のアイドル運転において振動の発生を抑制することはできる。

上述した実施例では、バッテリ５０の残容量ＳＯＣに基づいてバッテリ５０の充電制御とエンジン２２の停止とを切り替えるものとしたが、このバッテリ５０の残容量ＳＯＣを温度センサ５１による電池温度Ｔｂを加味したものに基づいてバッテリ５０の充電制御とエンジン２２の停止とを切り替えるものとしてもよい。こうすれば、バッテリ５０の温度状態を用いてバッテリ５０の保護を一層図ることができる。

上述した実施例では、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊をエンジン２２のアイドル回転数Ｎｅｉｄｌよりも高い回転数Ｎｅｃｈとしてバッテリ５０の充電制御を実行するものとしたが、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊をエンジン２２のアイドル回転数Ｎｅｉｄｌとして充電制御を実行するものとしてもよい。こうしても、エンジン２２から動力が出力されることによって、エンジン２２の振動を低減することができる。

上述した実施例では、アイドル条件が成立しロックピン１５４が最遅角位置での固定を解除できない状態である場合には、バッテリ５０の充電制御とエンジン２２の停止とを実行するものとしたが、これに代えて、通常時のアイドル制御のエンジン２２の回転数Ｎｅｉｄｌよりも高い回転数でエンジン２２をアイドル制御するものとしてもよい。こうすれば、筒内圧縮圧力が小さい状態で通常時のエンジン２２の回転数Ｎｅｉｄｌでアイドル制御する場合に比べてトルク変動が小さくなるため、エンジン２２の振動の発生を抑制することができる。このとき、エンジン２２の回転数Ｎｅをアイドル回転数Ｎｅｉｄｌとするのに必要なアイドル制御量（スロットルバルブ１２４の開度など）を学習するアイドル学習を行わないものとしてもよい。こうすれば、アイドル制御値が通常と異なる状態で運転されている状態のものになってしまうのを防止することができる。

上述した実施例では、最遅角位置で可変バルブタイミング機構１５０をロックピン１５４により固定するものとしたが、最遅角位置から数度進角した位置などで可変バルブタイミング機構１５０をロックピン１５４により固定するものとしてもよい。

上述した実施例では、ベーン部１５２ｂの位置を検出するベーンポジションセンサ１５３によりロックピン１５４による可変バルブタイミング機構１５０の固定が解除されたか否かを検出するものとしたが、ロックピン本体１５４ａの位置を検出するロックピンポジションセンサを可変バルブタイミング機構１５０に設け、このセンサの出力値を用いてロックピン１５４による可変バルブタイミング機構１５０の固定が解除されたか否かを検出するものとしてもよい。このとき、上述のアイドル要求時制御ルーチンにおいて、ロックピン１５４の固定が解除されたか否かを判定したのちに可変バルブタイミング機構１５０の駆動を行うようにしてもよい。

上述した実施例では、ハイブリッド自動車２０が停車状態でありエンジン２２の暖気時にアイドル条件が成立した場合について説明したが、ハイブリッド自動車２０が走行中のときにアイドル条件が成立してもよい。このとき、ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに要求される車両の走行用の要求トルクＴｒ＊に、モータＭＧ１から出力された反力トルクである（−１／ρ・Ｔｍ１）のトルクを加味したトルクがモータＭＧ２から出力されるようインバータ４２などを制御すればよい。

上述した実施例では、モータＭＧ１，ＭＧ２を備えたハイブリッド自動車２０としたが、吸気バルブの開閉タイミングが筒内圧縮圧力を通常時よりも低減する遅角側のタイミングとなる位置で固定するロックピン１５４を有する可変バルブタイミング機構１５０を備えたエンジン２２を搭載した車両であれば特にこれに限定されず、例えば、エンジンを始動停止するアイドルストップ自動車に適用するものとしてもよい。この場合においても、上述した実施例と同様に、アイドル条件が成立しロックピン１５４が最遅角位置での固定を解除できない状態である場合には、エンジン２２を停止するものとしてもよい。こうすれば、アイドル条件が成立していてもエンジン２２を停止するため、エンジン２２の振動の発生を防止することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２の動力を減速ギヤ３５により変速してリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図９の変形例のハイブリッド自動車１２０に例示するように、モータＭＧ２の動力をリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪６３ａ，６３ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図９における車輪６４ａ，６４ｂに接続された車軸）に接続するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の動力を動力分配統合機構３０を介して駆動輪６３ａ，６３ｂに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図１０の変形例のハイブリッド自動車２２０に例示するように、エンジン２２のクランクシャフト２６に接続されたインナーロータ２３２と駆動輪６３ａ，６３ｂに動力を出力する駆動軸に接続されたアウターロータ２３４とを有し、エンジン２２の動力の一部を駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機２３０を備えるものとしてもよい。

上述した実施例では、エンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２とを備えたシリーズ−パラレルハイブリッド自動車としたが、シリーズハイブリッド自動車としてもよいし、パラレルハイブリッド自動車としてもよい。 また、こうしたハイブリッド自動車に適用するものに限定されるものではなく、自動車以外の車両や船舶，航空機などの移動体に搭載される内燃機関装置の形態としても構わない。さらに、こうした内燃機関装置の制御方法の形態としてもよい。

本発明の一実施例である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。 エンジン２２の構成の概略を示す構成図である。 可変バルブタイミング機構１５０の外観構成を示す外観構成図である。 可変バルブタイミング機構１５０の構成の概略を示す構成図である。 インテークカムシャフト１２９の角度を進角させたときの吸気バルブ１２８の開閉タイミングおよびインテークカムシャフト１２９の角度を遅角させたときの吸気バルブ１２８の開閉タイミングの一例を示す説明図である。 ロックピン１５４の構成の概略を示す構成図である。 実施例のエンジンＥＣＵ２４により実行されるアイドル要求時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 動力分配統合機構３０の回転要素を力学的に説明するための共線図の一例を示す説明図である。 変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。

符号の説明

２０，１２０，２２０ 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 動力分配統合機構、３１ サンギヤ、３２ リングギヤ、３２ａ リングギヤ軸、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリア、３５ 減速ギヤ、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、５１ 温度センサ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４ 電力ライン、６０ ギヤ機構、６２ デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ 駆動輪、６４ａ，６４ｂ 車輪、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット、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、１２６ 燃料噴射弁、１２８ 吸気バルブ、１２９ インテークカムシャフト、１３０ 点火プラグ、１３２ ピストン、１３４ 浄化装置、１３５ａ 空燃比センサ、１３６ スロットルモータ、１３８ イグニッションコイル、１４０ クランクポジションセンサ、１４２ 水温センサ、１４３ 圧力センサ、１４４ カムポジションセンサ、１４６ スロットルバルブポジションセンサ、１４８ エアフローメータ、１４９ 温度センサ、１５０ 可変バルブタイミング機構、１５２ ＶＶＴコントローラ、１５２ａ ハウジング部、１５２ｂ ベーン部、１５３ ベーンポジションセンサ、１５４ ロックピン、１５４ａ ロックピン本体、１５４ｂ スプリング、１５６ オイルコントロールバルブ、１５８ 溝、１５９ 油路、１６２ タイミングチェーン、１６４ タイミングギヤ、２３０ 対ロータ電動機、２３２ インナーロータ ２３４ アウターロータ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (10)

1. 内燃機関と、
   前記内燃機関の吸気バルブの開閉タイミングを変更可能な開閉タイミング変更手段と、
   吸気バルブの開閉タイミングが前記内燃機関の圧縮行程における筒内の圧力である筒内圧縮圧力を通常時よりも低減する遅角側の所定タイミングとなる位置で前記開閉タイミング手段変更手段を固定可能な固定手段と、
   前記固定手段の状態を検出する検出手段と、
   所定のアイドル条件が成立し前記検出手段によって前記固定手段が前記所定タイミングとなる位置での固定を解除した状態であると検出されたときには前記所定タイミングよりも進角した位置で前記内燃機関をアイドル運転する通常時アイドル制御を実行するよう前記内燃機関と前記開閉タイミング変更手段とを制御し、所定のアイドル条件が成立し前記検出手段によって前記固定手段が前記所定タイミングとなる位置での固定を解除できない状態であると検出されたときには前記通常時アイドル制御と異なる固定時制御を実行するよう前記内燃機関を制御する制御手段と、
   を備えた内燃機関装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関装置であって、
   駆動軸に動力の入出力が可能な電動機と、
   前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され、電力と動力との入出力を伴って該内燃機関からの動力の少なくとも一部を前記駆動軸に出力可能な電力動力入出力手段と、
   前記電動機と前記電力動力入出力手段と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、
   を備えた内燃機関装置。
3. 前記電力動力入出力手段は、前記駆動軸と前記内燃機関の出力軸と回転可能な回転軸の３軸に接続され該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、前記回転軸に動力を入出力可能な発電機と、を備える手段である、請求項２に記載の内燃機関装置。
4. 前記制御手段は、前記固定時制御を実行するに際して、前記蓄電手段に電力が蓄電されるよう前記内燃機関と前記電動機と前記電力動力入出力手段とを制御する蓄電制御を実行する、請求項２又は３に記載の内燃機関装置。
5. 前記制御手段は、前記固定時制御を実行するに際して、前記蓄電手段に電力を蓄電させる蓄電制御と前記内燃機関の運転停止とを前記蓄電手段の残容量に基づいて切り替えて実行するよう前記内燃機関と前記電動機と前記電力動力入出力手段とを制御する、請求項２又は３に記載の内燃機関装置。
6. 前記制御手段は、前記蓄電制御と前記内燃機関の運転停止とを前記蓄電手段の残容量に基づいて切り替えて実行するに際して、前記蓄電手段の残容量が所定値未満であるときには前記蓄電制御を実行するよう前記内燃機関と前記電動機と前記電力動力入出力手段とを制御し、前記蓄電手段の残容量が前記所定値以上であるときには前記内燃機関の運転を停止させる、請求項５に記載の内燃機関装置。
7. 前記制御手段は、前記固定時制御を実行するに際して、前記内燃機関の運転を停止させる、請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関装置。
8. 前記制御手段は、前記固定時制御を実行するに際して、前記通常時アイドル制御よりも高い回転数で前記内燃機関をアイドル運転するよう前記内燃機関を制御する、請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の内燃機関装置を搭載し、車軸が前記駆動軸に連結されてなる車両。
10. 内燃機関と、前記内燃機関の吸気バルブの開閉タイミングを変更可能な開閉タイミング変更手段と、吸気バルブの開閉タイミングが通常時よりもコンプレッション仕事を低減する遅角側の所定タイミングとなる位置で前記開閉タイミング手段変更手段を固定可能な固定手段とを備えた内燃機関装置の制御方法であって、
    所定のアイドル条件が成立し前記固定手段が前記所定タイミングとなる位置での固定を解除した状態であるときには前記所定タイミングよりも進角した位置で前記内燃機関をアイドル運転する通常時アイドル制御を実行するよう前記内燃機関と前記開閉タイミング変更手段とを制御し、所定のアイドル条件が成立し前記固定手段が前記所定タイミングとなる位置での固定を解除できない状態であるときには前記通常時アイドル制御と異なる固定時制御を実行するよう前記内燃機関を制御する、
    内燃機関装置の制御方法。

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