JP4582108B2 - 内燃機関の制御装置、制御方法、その方法を実現させるプログラムおよびそのプログラムを記録した記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置、制御方法、その方法を実現させるプログラムおよびそのプログラムを記録した記録媒体に関し、特に、内燃機関の停止時にバルブの位相が変化しないようにする技術に関する。

従来より、インテークバルブやエキゾーストバルブが開閉する位相（クランク角）を運転状態に応じて変更するＶＶＴ（Variable Valve Timing）が知られている。一般的に、ＶＶＴにおいてはインテークバルブやエキゾーストバルブを開閉させるカムシャフトをスプロケット等に対して相対的に回転させることにより位相を変更する。カムシャフトは、油圧や電動モータ等のアクチュエータにより回転される。バルブの位相を変更することにより、筒内に充填される空気量などをきめ細やかに制御することが可能である。また、圧縮比などを制御することが可能である。

ところで、内燃機関の始動性を向上したり、始動時における振動を低減したりすることを目的として、ピストンを予め定められた位置にした状態で内燃機関を停止したい（予め定められたクランク角で出力軸を停止させる）という要求がある。このような要求に対し、ＶＶＴを用いて筒内の圧力を調整することで、内燃機関を所定の状態で停止させる技術が提案されている。

特開平２００４−１８３６１３号公報（特許文献１）は、吸気弁又は排気弁のうち少なくともいずれか一方の弁を内燃機関の出力軸に対して任意に動作させることが可能な動弁機構と、内燃機関が所定の状態で停止するように動弁機構の動作を制御する弁制御部とを備える内燃機関の停止制御装置を開示する。弁制御部は、車両は減速時の運動エネルギを利用して発電機を駆動する回生発電が実行されている状態から続けて内燃機関が停止される場合には、吸気弁又は排気弁が開かれて内燃機関の圧縮圧力が開放されてから内燃機関が停止するように動弁機構の動作を制御する。

この公報に記載の停止制御装置によれば、圧縮圧力を開放してから内燃機関が停止される。これにより、気筒内に残り得る圧縮圧力を低減することができる。そのため、内燃機関が停止する直前で圧縮圧力による反転作用（出力軸を押し戻す作用）が出現して振動が増大するなどの不都合を解決することができる。
特開２００４−１８３６１３号公報

しかしながら、特開２００４−１８３６１３号公報に記載の停止制御装置のように、内燃機関の停止時においてバルブの位相を変更するようにした場合、内燃機関の停止時における筒内の圧力を、内燃機関の始動性などを考慮して定められる目標値にし難い。たとえば、圧力が目標値よりも高い状態で内燃機関が停止したり、低い状態で内燃機関が停止したりし得る。圧力が高い状態で内燃機関が停止した場合、始動時における振動が大きくなり易い。圧力が低い状態で内燃機関が停止した場合、始動性が悪化し易い。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、内燃機関の停止時における筒内の圧力と目標値との差を低減することができる内燃機関の制御装置、制御方法、その方法を実現させるプログラムおよびそのプログラムを記録した記録媒体を提供することである。

第１の発明に係る内燃機関の制御装置は、可変バルブタイミング機構によりインテークバルブおよびエキゾーストバルブのうちの少なくともいずれか一方のバルブの位相を変更可能な内燃機関の制御装置である。この制御装置は、内燃機関の停止時に、ピストンの位置が予め定められた位置になるように内燃機関の出力軸に伝達されるトルクを制御するための制御手段と、ピストンの位置が予め定められた位置になるように内燃機関の出力軸に伝達されるトルクを制御中である場合は、バルブの位相が変化しないように制御するための手段とを備える。第５の発明に係る内燃機関の制御方法は、第１の発明に係る内燃機関の制御装置と同様の要件を備える。

第１もしくは第５の発明によれば、内燃機関の停止時に、ピストンの位置が予め定められた位置になるように内燃機関の出力軸に伝達されるトルクが制御される。ピストンの位置が予め定められた位置になるように内燃機関の出力軸に伝達されるトルクを制御中である場合は、バルブの位相が変化しないように制御される。これにより、内燃機関の停止時における筒内の圧力を、毎回略同じにすることができる。そのため、内燃機関の停止時における筒内の圧力と、始動性などを考慮して定められる目標値との差を低減することができる内燃機関の制御装置もしくは制御方法を提供することができる。

第２の発明に係る内燃機関の制御装置は、第１の発明の構成に加え、ピストンの位置が予め定められた位置になるように内燃機関の出力軸に伝達されるトルクを制御する前において、バルブの位相が予め定められた位相になるように制御するための手段をさらに備える。第６の発明に係る内燃機関の制御方法は、第２の発明に係る内燃機関の制御装置と同様の要件を備える。

第２もしくは第６の発明によれば、ピストンの位置が予め定められた位置になるように内燃機関の出力軸に伝達されるトルクを制御する前において、バルブの位相が予め定められた位相になるように制御される。これにより、内燃機関の停止時におけるバルブの位相を一定にすることができる。そのため、内燃機関の停止時における筒内の圧力を、毎回略同じにすることができる。

第３の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１または２の発明の構成に加え、内燃機関の出力軸には、回転電機から出力されたトルクが伝達される。制御手段は、ピストンの位置が予め定められた位置になるように回転電機から内燃機関の出力軸に伝達されるトルクを制御するための手段を含む。第７の発明に係る内燃機関の制御方法は、第３の発明に係る内燃機関の制御装置と同様の要件を備える。

第３もしくは第７の発明によれば、回転電機から内燃機関の出力軸に伝達されるトルクを制御することにより、内燃機関の停止時にピストンの位置を予め定められた位置にすることができる。

第４の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加え、可変バルブタイミング機構は、回転電機の駆動力により作動する。第８の発明に係る内燃機関の制御方法は、第４の発明に係る内燃機関の制御装置と同様の要件を備える。

第４もしくは第８の発明によれば、回転電機の駆動力により作動する可変バルブタイミング機構が設けられた内燃機関の停止時における筒内の圧力の変動を低減することができる。

第９の発明に係るプログラムは、第５〜８のいずれかの発明に係る制御方法をコンピュータに実現させるプログラムであって、第１０の発明に係る記録媒体は、第５〜８のいずれかの発明に係る制御方法をコンピュータに実現させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。

第９または第１０の発明によると、コンピュータ（汎用でも専用でもよい）を用いて、第５〜８のいずれかの発明に係る内燃機関の制御方法を実現することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１を参照して、本発明の実施の形態に係る制御装置を搭載したハイブリッド車のパワートレーンについて説明する。本実施の形態に係る制御装置は、たとえば、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００のＲＯＭ（Read Only Memory）１０２に記録されたプログラムをＥＣＵ１００が実行することにより実現される。なお、ＥＣＵ１００は複数のＥＣＵに分割するようにしてもよい。また、ＥＣＵ１００により実行されるプログラムをＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの記録媒体に記録して市場に流通させてもよい。

図１に示すように、パワートレーンは、エンジン１０００と、ＭＧ（Motor Generator）（１）２００と、これらエンジン１０００とＭＧ（１）２００との間でトルクを合成もしくは分配する動力分割機構３００と、ＭＧ（２）４００と、変速機５００とを主体として構成されている。

エンジン１０００は、燃料を燃焼させて動力を出力する公知の動力装置であって、スロットル開度（吸気量）や燃料供給量、点火時期などの運転状態を電気的に制御できるように構成されている。その制御は、例えば、マイクロコンピュータを主体とするＥＣＵ１００によって行なわれる。なお、エンジン１０００の詳細については後述する。

ＭＧ（１）２００は、一例として三相交流回転電機であって、電動機（モータ）としての機能と発電機（ジェネレータ）としての機能とを生じるように構成される。インバータ２１０を介してバッテリなどの蓄電装置７００に接続されている。インバータ２１０を制御することにより、ＭＧ（１）２００の出力トルクあるいは回生トルクを適宜に設定するようになっている。その制御は、ＥＣＵ１００によって行なわれる。なお、ＭＧ（１）２００のステータ（図示せず）は固定されており、回転しないようになっている。

動力分割機構３００は、外歯歯車であるサンギヤ（Ｓ）３１０と、そのサンギヤ（Ｓ）３１０に対して同心円上に配置された内歯歯車であるリングギヤ（Ｒ）３２０と、これらサンギヤ（Ｓ）３１０とリングギヤ（Ｒ）３２０とに噛合しているピニオンギヤを自転かつ公転自在に保持しているキャリヤ（Ｃ）３３０とを三つの回転要素として差動作用を生じる公知の歯車機構である。エンジン１０００の出力軸がダンパを介して第１の回転要素であるキャリヤ（Ｃ）３３０に連結されている。言い換えれば、キャリヤ（Ｃ）３３０が入力要素となっている。

これに対して第２の回転要素であるサンギヤ（Ｓ）３１０にＭＧ（１）２００のロータ（図示せず）が連結されている。したがってサンギヤ（Ｓ）３１０がいわゆる反力要素となっており、また第３の回転要素であるリングギヤ（Ｒ）３２０が出力要素となっている。そして、そのリングギヤ（Ｒ）３２０が、駆動輪（図示せず）に連結された出力軸６００に連結されている。

図２に、動力分割機構３００の共線図を示す。図２に示すように、キャリヤ（Ｃ）３３０に入力されるエンジン１０００の出力するトルクに対して、ＭＧ（１）２００による反力トルクをサンギヤ（Ｓ）３１０に入力すると、これらのトルクを加減算した大きさのトルクが、出力要素となっているリングギヤ（Ｒ）３２０に現れる。その場合、ＭＧ（１）２００のロータがそのトルクによって回転し、ＭＧ（１）２００は発電機として機能する。また、リングギヤ（Ｒ）３２０の回転数（出力回転数）を一定とした場合、ＭＧ（１）２００の回転数を大小に変化させることにより、エンジン１０００の回転数を連続的に（無段階に）変化させることができる。すなわち、エンジン１０００の回転数を例えば燃費が最もよい回転数に設定する制御を、ＭＧ（１）２００を制御することによって行なうことができる。その制御は、ＥＣＵ１００によって行なわれる。

走行中にエンジン１０００を停止させていれば、ＭＧ（１）２００が逆回転しており、その状態からＭＧ（１）２００を電動機として機能させて正回転方向にトルクを出力させると、キャリヤ（Ｃ）３３０に連結されているエンジン１０００にこれを正回転させる方向のトルクが作用し、ＭＧ（１）２００によってエンジン１０００を始動（モータリングもしくはクランキング）することができる。その場合、出力軸６００にはその回転を止める方向のトルクが作用する。したがって走行のための駆動トルクは、ＭＧ（２）４００の出力するトルクを制御することにより維持でき、同時にエンジン１０００の始動を円滑におこなうことができる。なお、この種のハイブリッド形式は、機械分配式あるいはスプリットタイプと称されている。

図１に戻って、ＭＧ（２）４００は、一例として三相交流回転電機であって、電動機としての機能と発電機としての機能とを生じるように構成される。インバータ３１０を介してバッテリなどの蓄電装置７００接続されている。インバータ３１０を制御することにより、力行および回生ならびにそれぞれの場合におけるトルクを制御するように構成されている。なお、ＭＧ（２）４００のステータ（図示せず）は固定されており、回転しないようになっている。

変速機５００は、一組のラビニョ型遊星歯車機構によって構成されている。それぞれ外歯歯車である第１サンギヤ（Ｓ１）５１０と第２サンギヤ（Ｓ２）５２０とが設けられており、その第１サンギヤ（Ｓ１）５１０に第１のピニオン５３１が噛合するとともに、その第１のピニオン５３１が第２のピニオン５３２に噛合し、その第２のピニオン５３２が各サンギヤ５１０，５２０と同心円上に配置されたリングギヤ（Ｒ）５４０に噛合している。

なお、各ピニオン５３１，５３２は、キャリヤ（Ｃ）５５０によって自転かつ公転自在に保持されている。また、第２サンギヤ（Ｓ２）５２０が第２のピニオン５３２に噛合している。したがって第１サンギヤ（Ｓ１）５１０とリングギヤ（Ｒ）５４０とは、各ピニオン５３１，５３２と共にダブルピニオン型遊星歯車機構に相当する機構を構成し、また第２サンギヤ（Ｓ２）５２０とリングギヤ（Ｒ）５４０とは、第２のピニオン５３２と共にシングルピニオン型遊星歯車機構に相当する機構を構成している。

さらに、変速機５００には、第１サンギヤ（Ｓ１）５１０を選択的に固定するＢ１ブレーキ５６１と、リングギヤ（Ｒ）５４０を選択的に固定するＢ２ブレーキ５６２とが設けられている。これらのブレーキ５６１，５６２は摩擦力によって係合力を生じるいわゆる摩擦係合要素であり、多板形式の係合装置あるいはバンド形式の係合装置を採用することができる。そして、これらのブレーキ５６１，５６２は、油圧による係合力に応じてそのトルク容量が連続的に変化するように構成されている。さらに、第２サンギヤ（Ｓ２）５２０に前述したＭＧ（２）４００が連結される。キャリヤ（Ｃ）５５０が出力軸６００に連結される。

したがって、上記の変速機５００は、第２サンギヤ（Ｓ２）５２０がいわゆる入力要素であり、またキャリヤ（Ｃ）５５０が出力要素となっており、Ｂ１ブレーキ５６１を係合させることにより変速比が“１”より大きい高速段が設定される。Ｂ１ブレーキ５６１に替えてＢ２ブレーキ５６２を係合させることにより、高速段より変速比の大きい低速段が設定される。

この各変速段の間での変速は、車速や要求駆動力（もしくはアクセル開度）などの走行状態に基づいて実行される。より具体的には、変速段領域を予めマップ（変速線図）として定めておき、検出された運転状態に応じていずれかの変速段を設定するように制御される。

図３に、変速機５００の共線図を示す。図３に示すように、Ｂ２ブレーキ５６２によってリングギヤ（Ｒ）５４０を固定すれば、低速段Ｌが設定され、ＭＧ（２）４００の出力したトルクが変速比に応じて増幅されて出力軸６００に付加される。これに対してＢ１ブレーキ５６１によって第１サンギヤ（Ｓ１）５１０を固定すれば、低速段Ｌより変速比の小さい高速段Ｈが設定される。この高速段Ｈにおける変速比も“１”より大きいので、ＭＧ（２）４００の出力したトルクがその変速比に応じて増大させられて出力軸６００に付加される。

なお、各変速段Ｌ，Ｈが定常的に設定されている状態では、出力軸６００に付加されるトルクは、ＭＧ（２）４００の出力トルクを変速比に応じて増大させたトルクとなるが、変速過渡状態では各ブレーキ５６１，５６２でのトルク容量や回転数変化に伴う慣性トルクなどの影響を受けたトルクとなる。また、出力軸６００に付加されるトルクは、ＭＧ（２）４００の駆動状態では、正トルクとなり、被駆動状態では負トルクとなる。

本実施の形態において、ハイブリッド車は、エンジン１０００のみの駆動力を用いる第１走行モード、エンジン１０００が停止した状態でＭＧ（２）４００のみの駆動力を用いる第２走行モード、エンジン１０００およびＭＧ（２）４００の両方の駆動力を用いる第３走行モードのうちのいずれかのモードで走行する。アクセル開度、蓄電装置７００の残存容量などの種々のパラメータに基づいて、走行モードが選択される。

なお、走行モードの選択方法については、ハイブリッド車の技術分野において周知の技術を利用すればよいため、ここでは更なる詳細な説明は繰り返さない。また、モードの数は３つに限らない。

図４を参照して、エンジン１０００についてさらに説明する。
エンジン１０００は、「Ａ」バンク１０１０と「Ｂ」バンク１０１２とに、それぞれ４つの気筒（シリンダ）からなる気筒群が設けられたＶ型８気筒エンジンである。なお、Ｖ型８気筒以外の形式のエンジンを用いるようにしてもよい。

エンジン１０００には、エアクリーナ１０２０から空気が吸入される。吸入空気量は、スロットルバルブ１０３０により調整される。スロットルバルブ１０３０はモータにより駆動される電子スロットルバルブである。

空気は、吸気通路１０３２を通ってシリンダ１０４０に導入される。空気は、シリンダ１０４０（燃焼室）において燃料と混合される。シリンダ１０４０には、インジェクタ１０５０から燃料が直接噴射される。すなわち、インジェクタ１０５０の噴射孔はシリンダ１０４０内に設けられている。

燃料は吸気行程において噴射される。なお、燃料が噴射される時期は、吸気行程に限らない。また、本実施の形態においては、インジェクタ１０５０の噴射孔がシリンダ１０４０内に設けられた直噴エンジンとしてエンジン１０００を説明するが、直噴用のインジェクタ１０５０に加えて、ポート噴射用のインジェクタを設けてもよい。さらに、ポート噴射用のインジェクタのみを設けるようにしてもよい。

シリンダ１０４０内の混合気は、点火プラグ１０６０により着火され、燃焼する。燃焼後の混合気、すなわち排気ガスは、三元触媒１０７０により浄化された後、車外に排出される。混合気の燃焼によりピストン１０８０が押し下げられ、クランクシャフト１０９０が回転する。

シリンダ１０４０の頭頂部には、インテークバルブ１１００およびエキゾーストバルブ１１１０が設けられる。インテークバルブ１１００はインテークカムシャフト１１２０により駆動される。エキゾーストバルブ１１１０はエキゾーストカムシャフト１１３０により駆動される。インテークカムシャフト１１２０とエキゾーストカムシャフト１１３０とは、チェーンやギヤ等により連結され、同じ回転数で回転する。

インテークバルブ１１００は、インテークカムシャフト１１２０に設けられたインテーク用ＶＶＴ機構２０００により、位相（開閉タイミング）が制御される。エキゾーストバルブ１１１０は、エキゾーストカムシャフト１１３０に設けられたエキゾースト用ＶＶＴ機構３０００により、位相（開閉タイミング）が制御される。

本実施の形態においては、インテークカムシャフト１１２０およびエキゾーストカムシャフト１１３０がＶＶＴ機構により回転されることにより、インテークバルブ１１００およびエキゾーストバルブ１１１０の位相が制御される。なお、位相を制御する方法はこれに限らない。

インテーク用ＶＶＴ機構２０００は、電動モータ２０６０（図４において図示せず）により作動する。電動モータ２０６０は、ＥＣＵ１００により制御される。電動モータ２０６０の電流や電圧は電流計（図示せず）および電圧計（図示せず）により検出され、ＥＣＵ１００に入力される。

エキゾースト用ＶＶＴ機構３０００は、油圧により作動する。なお、インテーク用ＶＶＴ機構２０００を油圧により作動するようにしてもよく、エキゾースト用ＶＶＴ機構３０００を電動モータにより作動するようにしてもよい。

ＥＣＵ１００には、クランク角センサ５０００からクランクシャフト１０９０の回転数およびクランク角を表す信号が入力される。また、ＥＣＵ１００には、カムポジションセンサ５０１０からインテークカムシャフト１１２０およびエキゾーストカムシャフト１１３０の位相（回転方向におけるカムシャフトの位置）を表す信号（インテークバルブ１１００およびエキゾーストバルブ１１１０の位相を表わす信号）が入力される。また、カムポジションセンサ５０１０からは、インテークカムシャフト１１２０およびエキゾーストカムシャフト１１３０の回転数を表す信号が入力される。

さらに、ＥＣＵ１００には、水温センサ５０２０からエンジン１０００の水温（冷却水の温度）を表す信号が、エアフローメータ５０３０からエンジン１０００の吸入空気量（エンジン１０００に吸入される空気量）を表す信号が入力される。

さらに、ＥＣＵ１００には、回転数センサ５０４０から電動モータ２０６０の出力軸回転数を表す信号が入力される。

ＥＣＵ１００は、これらのセンサから入力された信号、メモリ（図示せず）に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、エンジン１０００が所望の運転状態になるように、スロットル開度、点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量、インテークバルブ１１００の位相、エキゾーストバルブ１１１０の位相などを制御する。

本実施の形態において、ＥＣＵ１００は、図５に示すように、エンジン回転数ＮＥと吸入空気量ＫＬとをパラメータとしたマップに基づいて、インテークバルブ１１００の位相を決定する。インテークバルブ１１００の位相を決定するためのマップは、水温別に複数記憶される。

以下、インテーク用ＶＶＴ機構２０００についてさらに説明する。なお、エキゾースト用ＶＶＴ機構３０００を、以下に説明するインテーク用ＶＶＴ機構２０００と同じ構成にするようにしてもよい。

図６に示すように、インテーク用ＶＶＴ機構２０００は、スプロケット２０１０、カムプレート２０２０、リンク機構２０３０、ガイドプレート２０４０、減速機２０５０、および電動モータ２０６０から構成される。

スプロケット２０１０は、チェーン等を介してクランクシャフト１０９０に連結される。スプロケット２０１０の回転数は、クランクシャフト１０９０の２分の１の回転数である。スプロケット２０１０の回転軸と同心軸で、スプロケット２０１０に対して相対的に回転可能であるように、インテークカムシャフト１１２０が設けられる。

カムプレート２０２０は、ピン（１）２０７０によりインテークカムシャフト１１２０に連結される。カムプレート２０２０は、スプロケット２０１０の内部において、インテークカムシャフト１１２０と一体的に回転する。なお、カムプレート２０２０とインテークカムシャフト１１２０とを一体的に形成するようにしてもよい。

リンク機構２０３０は、アーム（１）２０３１とアーム（２）２０３２とから構成される。図６におけるVII−VII断面である図７に示すように、インテークカムシャフト１１２０の回転軸に対して点対称になるように、一対のアーム（１）２０３１がスプロケット２０１０内に設けられる。各アーム（１）２０３１は、ピン（２）２０７２を中心として搖動可能であるようにスプロケット２０１０に連結される。

図６におけるVIII−VIII断面である図８、および図８の状態からインテークバルブ１１００の位相を進角させた状態である図９に示すように、アーム（１）２０３１とカムプレート２０２０とが、アーム（２）２０３２により連結される。

アーム（２）２０３２は、ピン（３）２０７４を中心として、アーム（１）２０３１に対して搖動可能であるように支持される。また、アーム（２）２０３２は、ピン（４）２０７６を中心として、カムプレート２０２０に対して搖動可能であるように支持される。

一対のリンク機構２０３０により、インテークカムシャフト１１２０がスプロケット２０１０に対して相対的に回転し、インテークバルブ１１００の位相が変更される。そのため、一対のリンク機構２０３０のうちのいずれか一方が破損等して折れた場合であっても、他方のリンク機構によりインテークバルブ１１００の位相を変更することが可能である。

図６に戻って、各リンク機構２０３０（アーム（２）２０３２）のガイドプレート２０４０側の面には、制御ピン２０３４が設けられる。制御ピン２０３４は、ピン（３）２０７４と同心軸に設けられる。各制御ピン２０３４は、ガイドプレート２０４０に設けられたガイド溝２０４２内を摺動する。

各制御ピン２０３４は、ガイドプレート２０４０のガイド溝２０４２内を摺動することにより、半径方向に移動される。各制御ピン２０３４が半径方向に移動されることにより、インテークカムシャフト１１２０がスプロケット２０１０に対して相対回転せしめられる。

図６におけるX−X断面である図１０に示すように、ガイド溝２０４２は、ガイドプレート２０４０が回転することにより各制御ピン２０３４を半径方向に移動させるように、渦巻形状に形成される。なお、ガイド溝２０４２の形状はこれに限らない。

制御ピン２０３４がガイドプレート２０４０の軸心から半径方向に離れるほど、インテークバルブ１１００の位相はより遅角される。すなわち、位相の変化量は、制御ピン２０３４が半径方向に変化することによるリンク機構２０３０の作動量に対応した値になる。なお、制御ピン２０３４がガイドプレート２０４０の軸心から半径方向に離れるほど、インテークバルブ１１００の位相がより進角されるようにしてもよい。

図１０に示すように、制御ピン２０３４がガイド溝２０４２の端部に当接すると、リンク機構２０３０の作動が制限される。そのため、制御ピン２０３４がガイド溝２０４２の端部に当接する位相が、機械的に定まる最遅角もしくは最進角の位相になる。

図６に戻って、ガイドプレート２０４０には、ガイドプレート２０４０と減速機２０５０とを連結するための凹部２０４４が、減速機２０５０側の面において複数設けられる。

減速機２０５０は、外歯ギヤ２０５２および内歯ギヤ２０５４から構成される。外歯ギヤ２０５２は、スプロケット２０１０と一体的に回転するように、スプロケット２０１０に対して固定される。

内歯ギヤ２０５４には、ガイドプレート２０４０の凹部２０４４に収容される凸部２０５６が複数形成される。内歯ギヤ２０５４は、電動モータ２０６０の出力軸の軸心２０６４に対して偏心して形成されたカップリング２０６２の偏心軸２０６６を中心に回転可能に支持される。

図６におけるXI−XI断面を、図１１に示す。内歯ギヤ２０５４は、複数の歯のうちの一部の歯が外歯ギヤ２０５２と噛合うように設けられる。電動モータ２０６０の出力軸回転数がスプロケット２０１０の回転数と同じである場合は、カップリング２０６２および内歯ギヤ２０５４は外歯ギヤ２０５２（スプロケット２０１０）と同じ回転数で回転する。この場合、ガイドプレート２０４０がスプロケット２０１０と同じ回転数で回転し、インテークバルブ１１００の位相が維持される。

電動モータ２０６０により、カップリング２０６２が、軸心２０６４を中心に外歯ギヤ２０５２に対して相対的に回転されると、内歯ギヤ２０５４全体が軸心２０６４を中心に回転（公転）するとともに、内歯ギヤ２０５４が偏心軸２０６６を中心に自転する。内歯ギヤ２０５４の回転運動により、ガイドプレート２０４０がスプロケット２０１０に対して相対的に回転せしめられ、インテークバルブ１１００の位相が変更される。

インテークバルブ１１００の位相は、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数（電動モータ２０６０の作動量）が、減速機２０５０、ガイドプレート２０４０およびリンク機構２０３０において減速されることにより変化する。なお、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数を増速してインテークバルブ１１００の位相を変更するようにしてもよい。

図１２に示すように、インテーク用ＶＶＴ機構２０００全体の減速比（位相の変化量に対する電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数の比）は、インテークバルブ１１００の位相に応じた値をとり得る。なお、本実施の形態においては、減速比が大きいほど、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数に対する位相の変化量がより小さくなる。

インテークバルブ１１００の位相が最遅角からＣＡ（１）までの遅角領域にある場合では、インテーク用ＶＶＴ機構２０００全体の減速比はＲ（１）となる。インテークバルブ１１００の位相がＣＡ（２）（ＣＡ（２）はＣＡ（１）よりも進角側）から最進角までの進角領域にある場合には、インテーク用ＶＶＴ機構２０００全体の減速比は、Ｒ（２）（Ｒ（１）＞Ｒ（２））となる。

インテークバルブ１１００の位相がＣＡ（１）からＣＡ（２）までの中間領域にある場合には、インテーク用ＶＶＴ機構２０００全体の減速比は、予め定められた変化率（（Ｒ（２）−Ｒ（１））／（ＣＡ（２）−ＣＡ（１）））で変化する。

以下、可変バルブタイミング装置のインテーク用ＶＶＴ機構２０００の作用について説明する。

インテークバルブ１１００の位相（インテークカムシャフト１１２０）を進角させる場合、電動モータ２０６０を作動させ、ガイドプレート２０４０をスプロケット２０１０に対して相対的に回転させると、図１３に示すように、インテークバルブ１１００の位相が進角される。

インテークバルブ１１００の位相が最遅角とＣＡ（１）との間の遅角領域にある場合、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数が減速比Ｒ（１）で減速されて、インテークバルブ１１００の位相が進角される。

インテークバルブ１１００の位相がＣＡ（２）と最進角との間の進角領域にある場合、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数が減速比Ｒ（２）で減速されて、インテークバルブ１１００の位相が進角される。

位相を遅角する場合は、位相を進角する場合とは逆方向に電動モータ２０６０の出力軸がスプロケット２０１０に対して相対回転される。位相を遅角する場合も、進角する場合と同様に、最遅角とＣＡ（１）との間の遅角領域において、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数が減速比Ｒ（１）で減速されて、位相が遅角される。また、ＣＡ（２）と最進角との間の進角領域において、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数が減速比Ｒ（２）で減速され、位相が遅角される。

これにより、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対的な回転方向が同じである限り、最遅角とＣＡ（１）との間の遅角領域およびＣＡ（２）と最進角との間の進角領域の両方の領域においてインテークバルブ１１００の位相を進角させたり、遅角させたりすることができる。このとき、ＣＡ（２）と最進角との間の進角領域において、位相をより大きく進角させたり、遅角させたりすることができる。そのため、大きな範囲で位相を変化させることができる。

また、最遅角とＣＡ（１）との間の遅角領域においては、減速比が大きいため、エンジン１０００の運転に伴なってインテークカムシャフト１１２０に作用するトルクにより電動モータ２０６０の出力軸を回転させるためには大きなトルクが必要になる。そのため、電動モータ２０６０の停止時等において、電動モータ２０６０がトルクを発生しない状態であっても、インテークカムシャフト１１２０に作用するトルクにより電動モータ２０６０の出力軸が回転されることを抑制することができる。そのため、制御上の位相から実際の位相が変化することを抑制することができる。

ところで、インテークバルブ１１００の位相がＣＡ（１）とＣＡ（２）との間の中間領域にある場合、予め定められた変化率で変化する減速比で、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数が減速されて、インテークバルブ１１００の位相が進角されたり、遅角されたりする。

これにより、位相が遅角領域から進角領域に、もしくは進角領域から遅角領域に変化する場合において、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数に対する位相の変化量を漸増もしくは漸減させることができる。そのため、位相の変化量がステップ状に急変することを抑制して、位相が急変することを抑制することができる。その結果、位相の制御性を向上することができる。

図６に戻って、電動モータ２０６０は、ＥＤＵ（Electronic Driver Unit）４０００を介して、ＥＣＵ１００によりデューティ制御される。ここで、デューティ制御とは、ＥＤＵ４０００のスイッチング素子（図示せず）がオンにされる割合を示すデューティ比を設定し、このデューティ比でスイッチング素子を作動させることにより、電動モータ２０６０の作動電圧を制御することをいう。

すなわち、電動モータ２０６０の作動電圧は、デューティ比に応じた電圧となる。デューティ比が大きいほど、作動電圧が高くなる。作動電圧が高いほど、電動モータ２０６０で発生するトルクが大きくなる。また、電動モータ２０６０は、作動電流が高いほど、大きなトルクを発生する。

ＥＣＵ１００が設定したデューティ比を表わす信号がＥＤＵ４０００に出力される。ＥＤＵ４０００は、デューティ比に応じた電圧を出力する。これにより、電動モータ２０６０が駆動する。

なお、デューティ比を設定する代わりに、電動モータ２０６０の作動電圧もしくは作動電流を直接設定するようにしてもよい。この場合、設定された作動電圧もしくは作動電流で電動モータ２０６０が駆動するように構成してもよい。

電動モータ２０６０の回転数は、電動モータ２０６０で発生するトルクに応じた回転数になる。電動モータ２０６０の回転数は、回転数センサ５０４０により検出され、検出結果を表す信号がＥＣＵ１００に送信される。

デューティ比は、たとえば、基本デューティ比と補正デューティ比との和として算出（設定）される。基本デューティ比および補正デューティ比は、たとえば、前述の図５に示したマップを用いて決定されるインテークバルブ１１００の目標位相と、カムポジションセンサ５０１０を用いて検出されるインテークカムシャフト１１２０の回転数と位相（インテークバルブ１１００の位相）とから設定される。

より具体的には、目標位相と検出された位相との差ΔＣＡに基づいて、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との回転数差（相対回転数）の要求値（以下、要求回転数差とも記載する）が算出される。要求回転数差は、たとえばΔＣＡをパラメータとして予め作成されたマップを用いて算出される。なお、要求回転数差の算出方法はこれに限らない。

さらに、要求回転数差とインテークカムシャフト１１２０の回転数との和として、電動モータ２０６０の出力軸の回転数の要求値（以下、要求回転数とも記載する）が算出される。

要求回転数に基づいて、電動モータ２０６０の基本デューティ比が算出される。基本デューティ比は、要求回転数が高いほど、より高い値に算出される。基本デューティ比は、たとえば要求回転数をパラメータとして予め作成されたマップを用いて算出される。なお、基本デューティ比の算出方法はこれに限らない。

補正デューティ比は、回転数センサ５０４０を用いて検出された、電動モータ２０６０の出力軸回転数と要求回転数との回転数差ΔＮに基づいて算出される。補正デューティ比は、回転数差ΔＮに補正係数Ｋを乗算した値として算出される。なお、補正デューティ比の算出方法はこれに限らない。

図１４を参照して、ＥＣＵ１００の機能について説明する。なお、以下に説明するＥＣＵ１００の機能はハードウェアにより実現してもよく、ソフトウェアにより実現してもよい。

ＥＣＵ１００は、第１位相制御部１１０と、第２位相制御部１２０と、停止制御部１３０と、禁止部１４０とを含む。第１位相制御部１１０は、エンジン１０００が駆動している場合（燃料が噴射され、かつ点火が行なわれることによりエンジン１０００がトルクを出力している場合）において、図１５に示すように、最遅角の位相から最進角の位相までの第１範囲のうちの第２範囲で位相が変化するようにインテーク用ＶＶＴ機構２０００（電動モータ２０６０）を制御する。第２範囲は、最遅角の位相を含まない。

本実施の形態においては、第１範囲のうち、最遅角の位相を含む第３範囲は、エンジン１０００の始動時においてのみ使用される。これは、圧縮比を小さくすることにより始動時における振動を低減するために、インテークバルブ１１００の位相を大きく遅角するように最遅角の位相が定められているためである。

第２位相制御部１２０は、エンジン１０００の停止時に、位相が最遅角の位相になるようにインテーク用ＶＶＴ機構２０００を制御する。たとえば、カムポジションセンサ５０１０を用いて検出される位相が、最遅角の位相としてＥＣＵ１００に記憶されている位相になるようにインテーク用ＶＶＴ機構２０００が制御される。なお、最遅角の位相とは異なる位相になるようにインテーク用ＶＶＴ機構２０００を制御するようにしてもよい。

たとえば、少なくともエンジン１０００の駆動力を用いて走行する走行モードから、ＭＧ（２）４００のみの駆動力を用いる第２走行モードへ移行する場合、もしくはイグニッションスイッチがオフにされた場合などに、エンジン１０００が停止される。

停止制御部１３０は、エンジン１０００の停止時に、位相が最遅角の位相まで変化された後で、ＭＧ（１）２００から動力分割機構３００を介してエンジン１０００の出力軸（クランクシャフト１０９０）に伝達されるトルクを制御する。すなわち、ＭＧ（１）２００が制御される。

エンジン１０００のピストン１０８０が予め定められた目標位置になるように、すなわち、予め定められたクランク角の目標角でクランクシャフト１０９０が停止するように、ＭＧ（１）２００を制御しながら、エンジン１０００が停止される。エンジン１０００の停止時におけるピストン１０８０の目標位置、すなわち筒内の圧力の目標値は、エンジン１０００の始動性および始動時（クランキング時）における振動の大きさなどを考慮して実験もしくはシミュレーションなどにより定められる。

禁止部１４０は、エンジン１０００の停止時にピストン１０８０が予め定められた位置になるようにＭＧ（１）２００を制御している間、インテーク用ＶＶＴ機構２０００による位相の変化を禁止する。すなわち、インテークバルブ１１００の位相が変化しないようにインテーク用ＶＶＴ機構２０００が制御される。

図１６を参照して、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ１００が実行するプログラムの制御構造について説明する。なお、以下に説明するプログラムは、予め定められた周期で繰返し実行される。

ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、ＥＣＵ１００は、エンジン１０００が駆動中であるか否かを判断する。エンジン１０００が駆動中であると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１０２に移される。もしそうでないと（Ｓ１００にてＮＯ）、処理はＳ１１０に移される。

Ｓ１０２にて、ＥＣＵ１００は、最遅角の位相を含まない第２範囲で位相が変化するようにインテーク用ＶＶＴ機構２０００を制御する。

Ｓ１１０にて、ＥＣＵ１００は、エンジン１０００を停止するか否かを判断する。エンジン１０００を停止する場合（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、処理はＳ１１２に移される。もしそうでないと（Ｓ１１０にてＮＯ）、この処理は終了する。Ｓ１１２にて、ＥＣＵ１００は、エンジン１０００の駆動を停止する。すなわち、エンジン１０００における燃料噴射および点火が停止される。

Ｓ１１４にて、ＥＣＵ１００は、インテークバルブ１１００の位相が最遅角の位相になるようにインテーク用ＶＶＴ機構２０００を制御する。Ｓ１１６にて、ＥＣＵ１００は、カムポジションセンサ５０１０から送信される信号に基づいて、インテークバルブ１１００の位相が最遅角の位相まで変化したか否かを判断する。位相が最遅角の位相まで変化すると（Ｓ１１６にてＹＥＳ）、処理はＳ１１８に移される。もしそうでないと（Ｓ１１６にてＮＯ）、処理はＳ１１４に戻される。

Ｓ１１８にて、ＥＣＵ１００は、エンジン１０００のピストン１０８０が目標位置になるように、ＭＧ（１）２００からクランクシャフト１０９０に伝達されるトルクを制御する。

Ｓ１２０にて、ＥＣＵ１００は、エンジン１０００のピストン１０８０が目標位置になるように、ＭＧ（１）２００からクランクシャフト１０９０に伝達されるトルクを制御している状態であるか否かを判断する。エンジン１０００のピストン１０８０が目標位置になるように、ＭＧ（１）２００からクランクシャフト１０９０に伝達されるトルクを制御している状態であると（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、処理はＳ１２２に移される。もしそうでないと（Ｓ１２０にてＮＯ）、この処理は終了する。Ｓ１２２にて、ＥＣＵ１００は、インテーク用ＶＶＴ機構２０００によるインテークバルブ１１００の位相の変化を禁止する。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ１００の動作について説明する。

エンジン１０００が駆動中であると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、最遅角の位相を含まない第２範囲で位相が変化するようにインテーク用ＶＶＴ機構２０００が制御される（Ｓ１０２）。

一方、エンジン１０００を停止する場合（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、エンジン１０００の駆動が停止される（Ｓ１１２）。すなわち、エンジン１０００における燃料噴射および点火が停止される。

さらに、圧縮比を小さくすることにより次回の始動時における振動を低減するために、インテークバルブ１１００の位相が最遅角の位相になるようにインテーク用ＶＶＴ機構２０００が制御される（Ｓ１１４）。

インテークバルブ１１００の位相が最遅角の位相まで変化すると（Ｓ１１６にてＹＥＳ）、エンジン１０００のピストン１０８０が目標位置になるように、ＭＧ（１）２００からクランクシャフト１０９０に伝達されるトルクが制御される（Ｓ１１８）。

エンジン１０００のピストン１０８０が目標位置になるように、ＭＧ（１）２００からクランクシャフト１０９０に伝達されるトルクを制御している状態であると（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、インテーク用ＶＶＴ機構２０００によるインテークバルブ１１００の位相の変化が禁止される（Ｓ１２２）。すなわち、エンジン１０００のピストン１０８０が目標位置になるように、ＭＧ（１）２００からクランクシャフト１０９０に伝達されるトルクを制御している間は、インテークバルブ１１００の位相が変化しないように制御される。

これにより、エンジン１０００の停止時におけるシリンダ１０４０内の圧力を、毎回略同じにすることができる。そのため、エンジン１０００の停止時におけるシリンダ１０４０内の圧力の変動を低減することができる。

以上のように、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵによれば、エンジンの停止時において、ピストンが目標位置になるように、ＭＧ（１）からクランクシャフトに伝達されるトルクを制御中である場合は、インテークバルブの位相が変化しないように制御される。これにより、エンジンの停止時におけるシリンダ内の圧力を、毎回略同じにすることができる。そのため、エンジンの停止時におけるシリンダ内の圧力と、始動性などを考慮して定められる目標値との差を低減することができる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

ハイブリッド車のパワートレーンを示す概略構成図である。 動力分割機構の共線図である。 変速機の共線図である。 ハイブリッド車両のエンジンを示す概略構成図である。 インテークバルブの位相を定めたマップを示す図である。 インテーク用ＶＶＴ機構を示す断面図である。 図６のVII−VII断面図である。 図６のVIII−VIII断面図（その１）である。 図６のVIII−VIII断面図（その２）である。 図６のX−X断面図である。 図６のXI−XI断面図である。 インテーク用ＶＶＴ機構全体としての減速比を示す図である。 スプロケットに対するガイドプレートの位相とインテークバルブの位相との関係を示す図である。 ＥＣＵの機能ブロック図である。 位相が変化する範囲を示す図である。 ＥＣＵが実行するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ ＥＣＵ、１０２ ＲＯＭ、１１０ 第１位相制御部、１２０ 第２位相制御部、１３０ 停止制御部、１４０ 禁止部、２００ ＭＧ（１）、３００ 動力分割機構、３１０ サンギヤ（Ｓ）、３２０ リングギヤ（Ｒ）、３３０ キャリア（Ｃ）、４００ ＭＧ（２）、５００ 変速機、５１０ 第１サンギヤ（Ｓ１）、５２０ 第２サンギヤ（Ｓ２）、５３１ 第１のピニオン、５３２ 第２のピニオン、５４０ リングギヤ（Ｒ）、５５０ キャリア（Ｃ）、５６１ Ｂ１ブレーキ、５６２ Ｂ２ブレーキ、６００ 出力軸、７００ 蓄電装置、１０００ エンジン、１０１０ 「Ａ」バンク、１０１２ 「Ｂ」バンク、１０２０ エアクリーナ、１０３０ スロットルバルブ、１０４０ シリンダ、１０５０ インジェクタ、１０６０ 点火プラグ、１０７０ 三元触媒、１０９０ クランクシャフト、１１００ インテークバルブ、１１１０ エキゾーストバルブ、１１２０ インテークカムシャフト、１１３０ エキゾーストカムシャフト、２０００ インテーク用ＶＶＴ機構、２０１０ スプロケット、２０２０ カムプレート、２０３０ リンク機構、２０３１ アーム（１）、２０３２ アーム（２）、２０３４ 制御ピン、２０４０ ガイドプレート、２０４２ ガイド溝、２０４４ 凹部、２０５０ 減速機、２０５２ 外歯ギヤ、２０５４ 内歯ギヤ、２０５６ 凸部、２０６０ 電動モータ、２０６２ カップリング、２０６４ 軸心、２０６６ 偏心軸、２０７０ ピン（１）、２０７２ ピン（２）、２０７４ ピン（３）、２０７６ ピン（４）、３０００ エキゾースト用ＶＶＴ機構、４０００ ＥＤＵ、５０００ クランク角センサ、５０１０ カムポジションセンサ、５０２０ 水温センサ、５０３０ エアフローメータ、５０４０ 回転数センサ。

Claims (10)

1. 出力軸に回転電機から出力されたトルクが伝達され、可変バルブタイミング機構によりインテークバルブおよびエキゾーストバルブのうちの少なくともいずれか一方のバルブの位相を変更可能な内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の停止時に、ピストンの位置が予め定められた位置になるように前記回転電機から前記内燃機関の出力軸に伝達されるトルクを制御するための制御手段と、
   前記ピストンの位置が前記予め定められた位置になるように前記内燃機関の出力軸に伝達されるトルクを制御する前において、前記バルブの位相が予め定められた位相になるように制御するための位相制御手段と、
   前記ピストンの位置が前記予め定められた位置になるように前記内燃機関の出力軸に伝達されるトルクを制御中である場合は、前記バルブの位相が変化しないように制御するための手段とを備える内燃機関の制御装置。
2. 前記可変バルブタイミング機構は前記インテークバルブの位相を変更し、
   前記位相制御手段は、前記バルブの位相が遅角することにより前記予め定められた位相になるように制御するための手段を含む、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記予め定められた位相は、前記インテークバルブの位相が変化する領域における最遅角の位相である、請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記可変バルブタイミング機構は、回転電機の駆動力により作動する、請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
5. 出力軸に回転電機から出力されたトルクが伝達され、可変バルブタイミング機構によりインテークバルブおよびエキゾーストバルブのうちの少なくともいずれか一方のバルブの位相を変更可能な内燃機関の制御方法であって、
   前記内燃機関の停止時に、ピストンの位置が予め定められた位置になるように前記回転電機から前記内燃機関の出力軸に伝達されるトルクを制御するステップと、
   前記ピストンの位置が前記予め定められた位置になるように前記内燃機関の出力軸に伝達されるトルクを制御する前において、前記バルブの位相が予め定められた位相になるように制御するステップと、
   前記ピストンの位置が前記予め定められた位置になるように前記内燃機関の出力軸に伝達されるトルクを制御中である場合は、前記バルブの位相が変化しないように制御するステップとを備える、内燃機関の制御方法。
6. 前記可変バルブタイミング機構は前記インテークバルブの位相を変更し、
   前記バルブの位相が前記予め定められた位相になるように制御するステップは、前記バルブの位相が遅角することにより前記予め定められた位相になるように制御するステップを含む、請求項５に記載の内燃機関の制御方法。
7. 前記予め定められた位相は、前記インテークバルブの位相が変化する領域における最遅角の位相である、請求項６に記載の内燃機関の制御方法。
8. 前記可変バルブタイミング機構は、回転電機の駆動力により作動する、請求項５〜７のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。
9. 請求項５〜８のいずれかに記載の制御方法をコンピュータに実現させるプログラム。
10. 請求項５〜８のいずれかに記載の制御方法をコンピュータに実現させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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