JP4682920B2 - 車両用動力装置およびその制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの出力軸に接続・切断可能なフライホールを有する車両用動力装置に関し、特に、フライホイールを接続・切断する制御に関する。

一般的に、エンジンの出力軸であるクランク軸には、エンジンの回転変動を低減するためのフライホイールが結合されている。フライホイールの慣性モーメントを大きくすれば、回転変動が低減され、特にエンジンアイドリングや、低回転運転において、その効果は大きい。一方、フライホイールの慣性モーメントが大きいと、車両加速時において、フライホイールを加速させるために、エネルギを消費し、車両の加速性能が低下する。また、車両減速時において、フライホールに蓄えられたエネルギのために、エンジンブレーキの効きが悪くなる。

低速時の回転変動の低減、加減速時の応答性の向上という相反する要求を満足すべく、慣性モーメントを変更することができるフライホイールの提案がなされている。下記特許文献１においては、エンジンのクランク軸に結合された第１のフライホイールと、この第１のフライホイールに対して接続・切断可能な第２のフライホイールを設ける技術が開示されている。この技術においては、アイドリング時においては、第２のフライホイールを第１のフライホイールと係合し、クランク軸に結合される慣性モーメントを増加させ、加速時においては、切り離して慣性モーメントを低下させている。

特開２００３−７４６４１号公報

車両に搭載されたエンジンにおいて、エンジンの出力を必要としないときに燃料の供給を絶つ、いわゆるフューエルカットの制御を行うことがある。フューエルカットを行うと、その前後ではエンジンの出力が大きく変動するために、振動が発生し、これが車体に伝達され、車両の搭乗者がこれを感じる場合がある。前述の特許文献１においては、第２のフライホイールを接続する際に振動には、着目しているものの、エンジン本体にかかる制御、特にフューエルカット制御における振動、およびこの対策について記載されていない。

本発明は、フューエルカット時に発生する振動を、エンジンの出力軸に対し接続・切断可能なフライホイールを利用して低減することを目的とする。

前述の課題を解決するために、本発明に係る車両用動力装置は、エンジンと、エンジンの出力軸に対し接続・切断可能なフライホイールと、エンジンの制御およびフライホイールの接続・切断の制御を行う制御部と、を有し、前記制御部は、エンジンを停止する際に、燃料の供給を絶ってから所定時間経過後にフライホイールを切断する制御を実行する。

または、前記制御部を、エンジンを停止する際に、燃料の供給を絶ってからエンジン回転速度が所定値低下した後にフライホイールを切断する制御を実行するものとすることができる。

または、前記制御部を、エンジンを停止する際に、燃料の供給を絶ってから振動検出部による振動が所定レベルまで低下した後にフライホイールを切断する制御を実行するものとすることができる。

この車両用動力装置は、原動機として、エンジンとモータを有するハイブリッド車両に搭載されるものとすることができる。

また、本発明の他の態様である、車両用動力装置の制御装置は、車両を駆動するエンジンと、エンジンの出力軸に対し接続・切断可能なフライホイールと、を有する車両用動力装置を制御する制御装置であって、エンジンへの燃料の供給を絶って、エンジンを停止させる制御を行うエンジン停止制御部と、燃料の供給が絶たれてから所定時間経過後に、フライホイールを切断する制御を行うフライホイール切断制御部と、を有している。

または、フライホイール切断制御部は、燃料の供給が絶たれてからエンジンの回転速度が所定値低下した後にフライホイールを切断する制御を行うものとすることができる。

または、フライホイール切断制御部は、燃料の供給が立たれてから所定時間経過後に、車両の所定部位の振動レベルを取得して、取得された振動レベルが所定レベルまで低下した後にフライホイールを切断する制御を行うものとすることができる。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、本実施形態に係るハイブリッド車両の動力装置１０の概略構成を示す図である。動力装置１０は、車両を駆動する原動機としてエンジン１２、発電が可能な第１および第２モータ１４，１６を有する。これらの原動機は、動力分配統合機構１８を構成する遊星歯車機構の三要素にそれぞれ接続されている。すなわち、遊星歯車機構のプラネタリキャリア２０にエンジン１２が、サンギア２２に第１モータ１４が、リングギア２４に第２モータ１６が接続されている。またリングギア２４には、出力ギア２６が接続され、この出力ギア２６から各原動機の出力が統合された動力が、減速歯車列２８、差動装置３０およびドライブシャフト３２を介して駆動輪３４に伝達される。

動力分配統合機構１８を設け、エンジン１２、第１および第２モータ１４，１６の回転速度、出力トルクを制御することにより、エンジン１２と第２モータ１６で車両を駆動する、またエンジン１２により第１モータ１４を駆動して発電を行う、また車両の慣性による駆動輪３４からの回転力により第２モータ１６で回生発電を行うなど、動力装置１０は、様々な態様の運用を行うことが可能となっている。

第１モータ１４とサンギア２２は、第１モータ１４の出力軸を介して直接結合されている。一方、第２モータ１６は、減速機構３６を介してリングギア２４に接続されている。減速機構３６は、遊星歯車機構を採用することができ、サンギアに第２モータ１６の出力軸が接続され、リングギアに、動力分配統合機構のリングギア２４が接続される。プラネタリキャリアは固定され、これにより第２モータ１６の回転は減速して出力ギア２６に伝達される。

エンジン１２とプラネタリキャリア２０は、捩りダンパ３８を介して接続されている。さらに、エンジン出力軸４０の、エンジン１２と捩りダンパ３８の間には、回転エネルギを蓄えるフライホイール４２がクラッチ４４を介して設けられている。このフライホイール４２は、一般的なフライホイール、すなわちエンジンのクランク軸に結合され、これと一体に回転するフライホイールとは異なるものであり、これらを区別するために、以降、フライホイール４２を付加フライホイール４２と記す。なお、付加フライホイール４２は、通常のフライホイールとの間にクラッチを設け、これに接続・切断するように構成して、エンジン出力軸に対して接続・切断できるようにしてもよい。

付加フライホイール４２は、クラッチ４４によりエンジン出力軸４０と接続・切断が可能となっている。エンジン１２が回転しているときにクラッチ４４を接続状態とし、エンジン１２などの原動機、または車両の慣性によって、付加フライホイール４２を回転駆動し、これに回転エネルギを蓄える。エンジンの回転速度が所定値より低くなったら、またはエンジンを停止する状況になったら、クラッチ４４を切断状態として、付加フライホイール４２を回転させたままの状態とする。エンジン１２を再始動する際、付加フライホイール４２に蓄えられたエネルギを利用する。すなわち、エンジン１２の再始動時、クラッチ４４を接続してエンジン出力軸４０を回転させる。このとき、第１モータ１４もエンジン１２を回転させるようにすることもできる。

また、この付加フライホイール４２がエンジン出力軸４０に接続されている状態においては、エンジン１２の回転系の慣性モーメントが増加し、エンジン１２の回転変動を小さくすることができ、振動騒音を低減する効果がある。また、付加フライホイール４２をエンジン出力軸４０から切断した場合、慣性モーメントが減少し、エンジンを加速させる際などの応答性を良好にする効果がある。

第１および第２モータ１４，１６は、それぞれ第１および第２インバータ４６，４８を介してバッテリ５０に接続されている。バッテリ５０に蓄えられた電力は、第１および第２インバータ４６，４８にて交流に変換され、第１および第２モータ１４，１６に供給され、これらを駆動する。また、第１および第２モータ１４，１６により発電された電力は、第１および第２インバータ４６，４８により直流または脈流に変換されてバッテリ５０に送られ、ここに蓄えられる。

エンジン１２、第１および第２モータ１４，１６、付加フライホイール４２の回転速度を検出するためにそれぞれに回転速度センサ５２，５４，５６，５８が設けられている。エンジンの回転速度センサ５２は、回転速度信号をエンジン電子制御装置（エンジンＥＣＵ）６０に送出し、エンジンＥＣＵ６０は、この信号およびエンジン制御にかかる他の信号に基づきエンジンの回転速度、出力トルクを制御する。第１および第２モータ１４，１６の回転速度センサ５４，５６は、回転速度信号をモータＥＣＵ６２に送出し、モータ電子制御装置（モータＥＣＵ）６２は、この信号等に基づきモータの回転速度、出力トルクを制御する。さらに、バッテリ５０の蓄電量等を制御するために、バッテリ電子制御装置（バッテリＥＣＵ）６４が設けられている。これらのＥＣＵ６０，６２，６４は、さらに上位のハイブリッド電子制御装置（ハイブリッドＥＣＵ）６６に接続されている。ハイブリッドＥＣＵ６６には、運転者が操作するイグニッションスイッチ６８、アクセルペダル７０、ブレーキペダル７２、シフトレバー７４などからの、加速したい、減速したいなどの運転者の意図を反映する信号が入力される。また、車両の走行速度を検出する車速センサ７６からの信号も入力される。なお、この車速センサ７６からの信号は、第２モータ１６の回転速度をモータＥＣＵ６２を介して取得し、代用することもできる。

ハイブリッドＥＣＵ６６は、上述の運転者が操作するアクセルペダル７０等の操作子からの信号に基づき、運転者の要求を判断し、一方で各ＥＣＵ６０，６２，６４および車速センサ７６からの情報に基づき車両の状態を把握して、運転者の要求および車両の状態に適用した運転を行うように、各ＥＣＵに指示を行う。また、ハイブリッドＥＣＵ６６は、運転者の要求、車両の状態に基づき、付加フライホイール４２に関する制御も行う。

付加フライホイール４２の動作について、さらに詳細に説明する。この動力装置１０においては、信号待ちなどで車両が一時的に停止しているか、また車速が低速であってエンジン１２の効率が低いときなどに、バッテリ５０の充電を行う必要がないなどの条件が満たされると、エンジン１２を一時的に停止する。このような一時的な停止状態から、所定の車速以上になるなど、所定の条件が満たされると、ハイブリッドＥＣＵ６６はエンジンの再始動に係る制御を行う。このときの始動を、イグニッションスイッチ６８が操作されたことに基づく始動と区別するために、以降、再始動と記す。この動力装置１０においては、再始動を、付加フライホイール４２に蓄えられたエネルギと、第１モータ１４の出力とにより行う。

エンジン再始動の条件が満足されたとハイブリッドＥＣＵ６６が判断すると、エンジンＥＣＵ６０およびモータＥＣＵ６２に対して、エンジン１２およびモータ特に第１モータ１４の所定の制御を実行するよう指令がなされる。また、エンジン１２および第１モータ１４の制御と同期してクラッチ４４の接続制御も行う。したがって、ハイブリッドＥＣＵ６６、エンジンＥＣＵ６０およびモータＥＣＵ６２は、エンジン、モータの運転制御および付加フライホイール４２の接続・切断を行うクラッチを制御する制御部として機能する。

上述のように、本実施形態の動力装置１０は、所定の条件が満たされるとエンジンを停止する。ハイブリッドＥＣＵ６６が、エンジン停止のための条件が満たされたことを判断すると、エンジンＥＣＵ６０に対し、エンジン停止の指示を行う。エンジンＥＣＵ６０は、燃料の供給を絶ち（フューエルカット）、点火プラグへの電力の供給をやめる。これによりエンジン１２が停止する。一方、ハイブリッドＥＣＵ６６は、クラッチ４４を切り、付加フライホイール４２が回転を続けられるように制御する。回転する蓄エネフライホール４２に蓄えられたエネルギを、再始動時に使用できるようにする。このときのクラッチ４４の切断は、フューエルカットされてから遅れて実行される。このフューエルカット後の遅延量は、時間に基づいて定めてもよく、また低下したエンジン回転速度に基づいて定めてもよい。時間に基づく場合には、フューエルカット時点から所定時間経過後、クラッチ４４を切断する。また、エンジン回転速度に基づく場合には、フューエルカット時のエンジン回転速度から所定の回転速度低下後、クラッチ４４を切断する。したがって、フューエルカット時点では、エンジンの回転系の慣性モーメントは、大きい状態が維持され、フューエルカット前後におけるトルク変動による回転変動を抑制することができる。そして、エンジンがまだ停止していないときにクラッチ４４を切断して、付加フライホイール４２の回転が維持された状態とする。

図２には、エンジン１２を停止させる際の付加フライホイール４２の回転速度１００、エンジン１２の回転速度１０２および燃料供給信号１０４、クラッチ制御信号１０６の関係を示すタイムチャートが示されている。

エンジン１２を停止制御する際には、燃料供給信号をオン（ＯＮ）からオフ（ＯＦＦ）とする（時刻ｔ１）。この制御により燃料の供給が絶たれ、エンジンの回転速度１０２は、低下を始める。付加フライホイール４２は、フューエルカット前においては、クラッチ４４が接続状態とされ、エンジン１２の出力軸４０と一体となって回転している。フューエルカットされた時刻ｔ１においても、クラッチはオン（ＯＮ）となっており、付加フライホイール４２もエンジン１２と共に回転速度が低下し始める。このとき、エンジン１２の回転系の慣性モーメントは大きい状態にあり、フューエルカットの前後のトルク変化による回転変動を抑制できる。

フューエルカットの開始時刻ｔ１から所定の時間経過したｔ２において、クラッチ４４を切断する制御が行われる。この切断は、クラッチの滑った状態が短時間となるように、速やかに行われる。クラッチ４４が切断された後は、エンジン１２の回転速度は低下し、最終的には停止する。一方、付加フライホイール４２は、クラッチ４４を切った時刻ｔ２における回転速度を維持し、次回のエンジン再始動に備える。時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間は、フューエルカット時の振動を抑制でき、かつ付加フライホイール４２の回転速度がなるべく高くなるような時間に設定される。実際には、振動のレベルが許容できる範囲で、最も短い時間が選択される。

本実施形態の動力装置１０は、原動機としてエンジンとモータを備えたものであり、走行中であってもエンジンを停止し、モータでの走行が可能である。したがって、エンジンの停止制御が比較的頻繁に実施されるが、その時のフューエルカットによる振動が低減することができる。また、原動機としてエンジンのみを有する車両においても、例えば信号待ち時などのアイドリング時に自動的にエンジンを停止させ、発進時に再始動を行う車両においても本実施形態と同様の付加フライホイールおよびその制御を採用することができる。

上記の実施形態においては、フューエルカット時点から時間、エンジン回転速度などに基づき遅延をもってクラッチの切断を行うようにした。しかし、所定量の遅延を行うのではなく、実際にフューエルカットによる、問題となる影響がなくなってから、クラッチを切断することもできる。具体的には、フェールカットにより発生する振動が問題とならないレベルとなった時点で、クラッチを切断する。振動の検出は、例えばエンジンの回転速度センサにより、回転速度の振動として検出することができる。また、車両の内、エンジンなどの動力装置以外の部分である車体の振動をセンサを設けて検出することができる。

本実施形態に係る動力装置の概略構成図である。 エンジンを停止させるときの付加フライホイールの回転速度、エンジン回転速度、クラッチ制御信号および燃料供給信号の変化を示すタイムチャートである。

符号の説明

１０ 動力装置、１２ エンジン、１４ 第１モータ、１６ 第２モータ、１８ 動力分統合配機構、４０ エンジン出力軸、４２ 付加フライホイール、４４ クラッチ。

Claims (7)

1. 車両を駆動するエンジンと、
   エンジンの出力軸に対し接続・切断可能なフライホイールと、
   エンジンの制御およびフライホイールの接続・切断の制御を行う制御部と、
   を有し、
   前記制御部は、エンジン停止の指示を行った後に燃料の供給を絶ち、燃料の供給を絶ってから所定時間経過後、フライホイールがまだ回転している時にフライホイールを切断制御し、
   フライホイールの切断を燃料供給停止から遅らせることにより燃料供給停止によるエンジンの振動を抑制する、
   車両用動力装置。
2. 車両を駆動するエンジンと、
   エンジンの出力軸に対し接続・切断可能なフライホイールと、
   エンジンの制御およびフライホイールの接続・切断の制御を行う制御部と、
   を有し、
   前記制御部は、エンジン停止の指示を行った後に燃料の供給を絶ち、燃料の供給を絶ってからエンジン回転速度が所定値低下した後、フライホイールがまだ回転している時にフライホイールを切断制御し、
   フライホイールの切断を燃料供給停止から遅らせることにより燃料供給停止によるエンジンの振動を抑制する、
   車両用動力装置。
3. 車両を駆動するエンジンと、
   エンジンの出力軸に対し接続・切断可能なフライホイールと、
   エンジンの制御およびフライホイールの接続・切断の制御を行う制御部と、
   車両の所定部位の振動を検出する振動検出部と、
   を有し、
   前記制御部は、エンジンを停止する際に、燃料の供給を絶ってから振動検出部による振動が所定レベルまで低下した後にフライホイールを切断制御する、
   車両用動力装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用動力装置であって、当該車両用動力装置は、原動機として、エンジンとモータを有するハイブリッド車両に搭載される、車両用動力装置。
5. 車両を駆動するエンジンと、エンジンの出力軸に対し接続・切断可能なフライホイールと、を有する車両用動力装置を制御する制御装置であって、
   エンジンへの燃料の供給を絶って、エンジンを停止させる制御を行うエンジン停止制御部と、
   燃料の供給が絶たれてから所定時間経過後、フライホイールがまだ回転している時にフライホイールを切断する制御を行うフライホイール切断制御部と、
   を有し、
   フライホイールの切断を燃料供給停止から遅らせることにより燃料供給停止によるエンジンの振動を抑制する、車両用動力装置の制御装置。
6. 車両を駆動するエンジンと、エンジンの出力軸に対し接続・切断可能なフライホイールと、を有する車両用動力装置を制御する制御装置であって、
   エンジンへの燃料の供給を絶って、エンジンを停止させる制御を行うエンジン停止制御部と、
   燃料の供給が絶たれてからエンジン回転速度が所定値低下した後、フライホイールがまだ回転している時にフライホイールを切断する制御を行うフライホイール切断制御部と、
   を有し、
   フライホイールの切断を燃料供給停止から遅れせることにより燃料供給停止によるエンジンの振動を抑制する、車両用動力装置の制御装置。
7. 車両を駆動するエンジンと、エンジンの出力軸に対し接続・切断可能なフライホイールと、を有する車両用動力装置を制御する制御装置であって、
   エンジンへの燃料の供給を絶って、エンジンを停止させる制御を行うエンジン停止制御部と、
   燃料の供給が絶たれてから所定時間経過後に、車両の所定部位の振動レベルを取得して、取得された振動レベルが所定レベルまで低下した後にフライホイールを切断する制御を行うフライホイール切断制御部と、
   を有する、車両用動力装置の制御装置。
   
   

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