JP7342969B2 - 内燃機関の制御方法及び内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御に関する。

ＪＰ２００９－２８１１８９Ａには、トルクリミッタ付きのダンパにより、エンジン失火時等に過大トルクの伝達を制限する技術が開示されている。

ＪＰ２００９－２８１１８９Ａでは、過大トルクの伝達を制限するために、ダンパとしてトルクリミッタ付きのダンパを採用する必要がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、トルクリミッタを採用せずに過大トルクの伝達を制限し、以てダンパのストッパにかかる負荷を軽減することを目的とする。

本発明のある態様の内燃機関の制御方法は、内燃機関の動力により駆動される発電機と、動力伝達経路上、内燃機関と発電機との間に設けられたダンパとが設けられ、内燃機関は、気筒で失火が生じた時に生じるトルク変動量の最大値が、発電機のカウンタトルクによりダンパの変位をダンパのストッパの当接が生じる変位未満に抑えることが可能な値より大きい内燃機関の制御方法であって、回転速度に対するトルクを定めたエンジン性能線に基づいて内燃機関を運転し、エンジン性能線の、全負荷運転時のトルクに到達する回転速度を未制限時に比べて高回転速度側に設定することにより、発電機のカウンタトルクによりダンパの変位をストッパの当接が生じる変位未満に制御可能な範囲内に内燃機関のトルクを制限することを含む。

本発明の別の態様によれば、上記内燃機関の制御方法に対応する内燃機関の制御装置が提供される。

図１は、車両の要部を示す概略構成図である。 図２は、第２動力伝達経路２２の動力伝達系を模式的に示す図である。 図３Ａは、ダンパの第１の状態を示す図である。 図３Ｂは、ダンパの第２の状態を示す図である。 図４Ａは、トルク変動を含む内燃機関の運転領域を示す図である。 図４Ｂは、回転速度に応じたメインダンパの捩じり角を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、車両１の要部を示す概略構成図である。車両１は、内燃機関３と、発電用モータ４と、バッテリ５と、走行用モータ２と、コントローラ７と、を備える。

内燃機関３は、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンのいずれでもかまわない。内燃機関３の出力軸３ａにはフライホイール３ｂが設けられる。フライホイール３ｂは、動力伝達経路上、内燃機関３と後述するダンパ３０との間に設けられた回転部材を構成する。

発電用モータ４は、内燃機関３の動力によって駆動されることで発電する。発電用モータ４は、発電機を構成する。

バッテリ５には、発電用モータ４で発電された電力と、後述する走行用モータ２で回生された電力と、が充電される。

走行用モータ２は、バッテリ５の電力により駆動されて、駆動輪６を駆動する。また、走行用モータ２は、減速時等に駆動輪６の回転に伴って連れ回されることにより減速エネルギを電力として回生する、いわゆる回生機能も有する。

コントローラ７は、走行用モータ２、内燃機関３及び発電用モータ４の制御を行う。コントローラ７は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ７を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。コントローラ７には、内燃機関３の回転速度Ｎｅを検出するための回転速度センサや、アクセル開度ＡＰＯを検出するためのアクセル開度センサや、車速ＶＳＰを検出するための車速センサ等を含む各種センサ・スイッチ類からの信号が入力される。

車両１は、第１動力伝達経路２１と第２動力伝達経路２２とを有する。第１動力伝達経路２１は、走行用モータ２と駆動輪６との間で動力を伝達する。第２動力伝達経路２２は、内燃機関３と発電用モータ４との間で動力を伝達する。第１動力伝達経路２１と第２動力伝達経路２２とは、互いに独立した動力伝達経路、つまり第１動力伝達経路２１及び第２動力伝達経路２２の一方から他方に動力が伝達されない動力伝達経路になっている。

第１動力伝達経路２１は、走行用モータ２の回転軸２ａに設けられた第１減速ギヤ８と、第１減速ギヤ８と噛み合う第２減速ギヤ９と、第２減速ギヤ９と同軸上に設けられてデファレンシャルギヤ１２と噛み合う第３減速ギヤ１０と、デファレンシャルケース１１に設けられたデファレンシャルギヤ１２とを有して構成される。

第２動力伝達経路２２は、内燃機関３の出力軸３ａに設けられた第４減速ギヤ１６と、第４減速ギヤ１６と噛み合う第５減速ギヤ１７と、発電用モータ４の回転軸４ａに設けられ、第５減速ギヤ１７と噛み合う第６減速ギヤ１８とを有して構成される。第４減速ギヤ１６、第５減速ギヤ１７及び第６減速ギヤ１８は、内燃機関３及び発電用モータ４間に設けられたギヤ列１９を構成する。

第２動力伝達経路２２には、ダンパ３０が設けられる。ダンパ３０は、内燃機関３の出力軸３ａに設けられ、出力軸３ａの捩じり振動を減衰させる。

第１動力伝達経路２１及び第２動力伝達経路２２それぞれは、動力伝達を遮断する要素を備えていない。すなわち、第１動力伝達経路２１及び第２動力伝達経路２２それぞれは常に動力が伝達される状態になっている。

上述した構成の車両１は、内燃機関３の動力により駆動されて発電する発電用モータ４の電力を利用して、走行用モータ２で駆動輪６を駆動するシリーズハイブリッド車両を構成する。

図２は、ダンパ３０を含む第２動力伝達経路２２の動力伝達系を模式的に示す図である。第２動力伝達経路２２では、内燃機関３から出力軸３ａ、フライホイール３ｂ、ダンパ３０、出力軸３ａ、ギヤ列１９、発電用モータ４の回転軸４ａ、発電用モータ４の順に内燃機関３の動力が伝達される。

ダンパ３０は、メインダンパ３０ａとプリダンパ３０ｂとを有して構成される。メインダンパ３０ａは、フライホイール３ｂから伝達される内燃機関３のトルクＴｅに対し捩じり振動を減衰させる機能を有する。プリダンパ３０ｂは、第１ハブ３１から伝達されるトルクＴｅに対し捩じり振動を減衰させる機能を有する。

メインダンパ３０ａは、第１ハブ３１とメインコイル３３とを有して構成される。第１ハブ３１は、メインコイル３３を介してフライホイール３ｂと所定の角度範囲で相対回転可能に設けられる。メインコイル３３はダンパ３０の周方向に複数設けられる。

プリダンパ３０ｂは、第２ハブ３２とプリコイル３４とを有して構成される。第２ハブ３２は、プリコイル３４を介して第１ハブ３１と所定の角度範囲で相対回転可能に設けられる。プリコイル３４はダンパ３０の周方向に複数設けられる。

複数のプリコイル３４は、複数のメインコイル３３よりも単位長さあたりの圧縮変位に応じたばね力が小さく設定され、プリコイル３４には例えばメインコイル３３よりもばね定数が低いコイルが用いられる。このため、内燃機関３の動力がダンパ３０に入力されると、まずメインダンパ３０ａに先立ってプリダンパ３０ｂが捩じり振動を減衰させるべく機能し始め、第１ハブ３１及び第２ハブ３２間で相対回転が発生する。

図３Ａは、ダンパ３０の第１の状態を示す図である。図３Ｂは、ダンパ３０の第２の状態を示す図である。図３Ａ、図３Ｂでは、出力軸３ａの軸方向に沿って見たダンパ３０の要部を示す。

内燃機関３の動力がダンパ３０に入力されていない場合、メインダンパ３０ａ及びプリダンパ３０ｂはともに図３Ａに示す第１の状態になっている。そして、この状態から内燃機関３の動力がダンパ３０に入力されると、ばね定数が低い側のプリコイル３４に圧縮が生じることにより、第１ハブ３１が第２ハブ３２に対して相対回転し始める。つまり、メインダンパ３０ａ及びプリダンパ３０ｂのうちまずプリダンパ３０ｂが捩じり振動を減衰すべく機能し始める。そして、第１ハブ３１がさらに回転すると、図３Ｂに示すように、第１ハブ３１は第２ハブ３２に設けられた第２ストッパ３２ａに当接する。第２ストッパ３２ａは、第２ハブ３２に対する第１ハブ３１の相対回転を規制する。

図３Ｂに示す第２の状態から第２ハブ３２が第１ハブ３１とともに回転すると、内燃機関３の動力がギヤ列１９に伝達される。このとき、メインダンパ３０ａでメインコイル３３が圧縮されると、第１ハブ３１とフライホイール３ｂとの間で相対回転が発生し、メインダンパ３０ａが機能する。メインダンパ３０ａの機能は、第１ストッパ３１ａに当接が生じる状態にまでメインコイル３３が圧縮されない限り確保される。第１ストッパ３１ａは、第１ハブ３１に対するフライホイール３ｂの相対回転を規制する。第１ストッパ３１ａには、過大入力があった際にフライホイール３ｂが当接する。フライホイール３ｂからメインダンパ３０ａには例えば、円盤状のプレートを介して内燃機関３の動力が伝達されてもよい。ダンパ３０はこのようなプレートをさらに備える構成とすることができ、この場合、当該プレートにより第１ストッパ３０ａに当接する回転部材を構成することができる。

ところで、第２動力伝達経路２２では、共振点が内燃機関３のアイドル回転速度域よりも低く設定されている。ところが、内燃機関３で失火が発生すると、点火が行われる気筒数の減少により、共振点が内燃機関３の常用運転域に入ってくる。

このため、全負荷運転すなわちＷＯＴ（Ｗｉｄｅ Ｏｐｅｎ Ｔｈｒｏｔｔｌｅ）で内燃機関３を発電運転している際に内燃機関３で失火が発生すると、内燃機関３の回転速度Ｎｅによっては共振及び発散が生じることにより、過大入力による負荷が第１ストッパ３１ａにかかることが懸念される。

これに対しては例えば、ダンパ３０をトルクリミッタ付きのダンパとすることが考えられる。しかしながらこの場合、コスト面で不利になることが懸念される。

また例えば、発電用モータ４のカウンタトルクによりメインダンパ３０ａの変位を第１ストッパ３１ａに当接が生じる変位未満に抑えることにより、第１ストッパ３１ａの当接を防止することも考えられる。

しかしながら、気筒で失火が生じた時に生じる内燃機関３のトルクＴｅの変動量の最大値は、発電用モータ４のカウンタトルクによりメインダンパ３０ａの変位を第１ストッパ３１ａに当接が生じる変位未満に抑えることが可能な値より大きくなっている。従ってこの場合は、第１ストッパ３１ａの当接を防止することができない。

このほか例えば、捩じり角θに応じたダンパ３０のトルクヒステリシスを増加させて共振を防止することも考えられる。しかしながらこの場合、アイドル運転時のプリダンパ３０ｂによる回転抑制機能が影響を受ける結果、内燃機関３の低トルク域で歯打ち音が発生し、ダンパ機能の低下を招くことが懸念される。

このような事情に鑑み、本実施形態ではコントローラ７が、発電用モータ４のカウンタトルクによりメインダンパ３０ａの変位を第１ストッパ３１ａに当接が生じる変位未満に制御可能な範囲内に内燃機関３のトルクＴｅを制限する。

図４Ａは、トルクＴｅの変動を含む内燃機関３の運転領域を示す図である。図４Ｂは、回転速度Ｎｅに応じたメインダンパ３０ａの捩じり角θを示す図である。図４Ａ、図４Ｂでは、比較例の場合を破線で併せて示す。比較例は、コントローラ７が内燃機関３のトルクＴｅを制限しない場合を示す。

比較例の場合、図４Ａに示すように内燃機関３は予め設定されたエンジン性能線Ｅ２に基づき運転される。結果、内燃機関３の運転領域は、トルクＴｅの変動によりエンジン性能線Ｅ２の上下に拡がりを有する領域ＲＡ２となる。また、図４Ｂに示すように捩じり角θは領域ＲＡ２に応じた領域ＲＢ２内で変動する。

比較例の場合、ＷＯＴで内燃機関３を発電運転しているときに、発電用モータ４のカウンタトルクによりメインダンパ３０ａの変位を第１ストッパ３１ａに当接が生じる変位未満に制御可能な範囲内にトルクＴｅを制御できなくなる。結果、図４Ａに示すように、トルクＴｅが第１ストッパ３１ａに当接が生じるストッパトルクＴｅｓに到達する。また、図４Ｂに示すように、捩じり角θが第１ストッパ３１ａへの当接角度θｓに到達する。トルクＴｅは、エンジン性能線Ｅ２に設定されたＷＯＴトルクＴｅｗでストッパトルクＴｅｓに到達する。

本実施形態の場合、内燃機関３のトルクＴｅが上述のように制限される。トルクＴｅは、エンジン性能線Ｅ２におけるＷＯＴトルクＴｅｗを回転速度Ｎｅが低い側でＷＯＴトルクＴｅｗよりも低いトルクに低下させることにより得られるエンジン性能線Ｅ１に基づき内燃機関３を運転することにより、上述のように制限される。このようなエンジン性能線Ｅ１は換言すれば、ＷＯＴトルクＴｅｗに到達する回転速度Ｎｅがエンジン性能線Ｅ２と比較して高回転速度Ｎｅ側に設定されたエンジン性能線となっている。

エンジン性能線Ｅ１に基づき内燃機関３を運転することにより、トルクＴｅは機関運転中、常時制限される。従って、トルクＴｅは内燃機関３が運転していることに応じて制限される。結果、本実施形態では図４Ａに示すように、内燃機関３の運転領域がストッパトルクＴｅｓに到達しない領域ＲＡ１となる。また、図４Ｂに示すように、捩じり角θが領域ＲＡ１に応じた領域ＲＢ１内で変動し、当接角度θｓに到達しなくなる。

エンジン性能線Ｅ１は、例えばマップデータにより回転速度Ｎｅ及びトルクＴｅに応じて予め設定することができる。上述のようにトルクＴｅを制限するように構成されたコントローラ７は、制御部を有した構成とされる。

次に、本実施形態の主な作用効果について説明する。

本実施形態にかかる内燃機関３の制御方法は、内燃機関３の動力により駆動される発電用モータ４と、動力伝達経路上、内燃機関３と発電用モータ４との間に設けられたダンパ３０と、が設けられ、内燃機関３は、気筒で失火が生じた時に生じるトルク変動量の最大値が、発電用モータ４のカウンタトルクによりダンパ３０のメインダンパ３０ａの変位を第１ストッパ３１ａに当接が生じる変位未満に抑えることが可能な値より大きい内燃機関３の制御方法であって、発電用モータ４のカウンタトルクによりメインダンパ３０ａの変位を第１ストッパ３１ａに当接が生じる変位未満に制御可能な範囲内に内燃機関３のトルクＴｅを制限することを含む。

このような方法によれば、第１ストッパ３１ａに当接が生じない範囲内で内燃機関３を運転するので、トルクリミッタ付きのダンパを採用せずに過大トルクの伝達を制限することができる。このためこのような方法によれば、第１ストッパ３１ａにかかる負荷を軽減することができる。

失火を判定してからトルクＴｅを制限する場合、失火の発生からトルクＴｅの制限開始までの間に第１ストッパ３１ａに負荷がかかり得る。

本実施形態では、内燃機関３が運転していることに応じて、内燃機関３のトルクＴｅを制限する。このため、トルクＴｅを常時制限することで第１ストッパ３１ａへの負荷の発生を回避することが可能になる。

本実施形態では、ダンパ３０は、メインダンパ３０ａとプリダンパ３０ｂとを有して構成される。第１ストッパ３１ａは第１ハブ３１に設けられる。第１ストッパ３１ａには動力伝達経路上、内燃機関３とダンパ３０との間に設けられたフライホイール３ｂが当接する。

本実施形態にかかる方法は、ダンパ３０がこのように構成される場合に、共振を防止すべくダンパ３０のトルクヒステリシスを増加させることをせずに済ますことができる。結果、トルクヒステリシスを増加させることにより、アイドル運転時のプリダンパ３０ｂによる回転抑制機能が影響を受けてダンパ機能が低下する事態を回避できる。

本実施形態では、内燃機関３は、発電用モータ４で発電した電力により駆動輪６を駆動する走行用モータ２と、走行用モータ２と駆動輪６との間で動力を伝達する第１動力伝達経路２１と、内燃機関３と発電用モータ４との間で動力を伝達する第２動力伝達経路２２と、を備え、ダンパ３０が第２動力伝達経路２２に設けられるシリーズハイブリッド車両である車両１に搭載される。

本実施形態にかかる方法は、内燃機関３がこのようなシリーズハイブリッド車両に搭載される場合に、内燃機関３の失火に起因して共振及び発散が生じることにより第１ストッパ３１ａにかかる負荷を軽減することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

上述した実施形態では、ダンパ３０がメインダンパ３０ａ及びプリダンパ３０ｂを備える場合について説明した。しかしながら、ダンパ３０にはプリダンパ３０ｂを備えないダンパを用いることも可能である。この場合でも、第１ストッパ３１ａに当接が生じない範囲内で内燃機関３を運転することにより、第１ストッパ３１ａへの負荷を軽減できる。

上述した実施形態では、内燃機関３の制御方法及び制御部が、単一のコントローラ７により実現される場合について説明した。しかしながら、内燃機関３の制御方法及び制御部は例えば、複数のコントローラの組み合わせにより実現されてもよい。

Claims (5)

1. 内燃機関の動力により駆動される発電機と、
   動力伝達経路上、前記内燃機関と前記発電機との間に設けられたダンパと、
   が設けられ、
   前記内燃機関は、気筒で失火が生じた時に生じるトルク変動量の最大値が、前記発電機のカウンタトルクにより前記ダンパの変位を前記ダンパのストッパに当接が生じる変位未満に抑えることが可能な値より大きい内燃機関の制御方法であって、
   回転速度に対するトルクを定めたエンジン性能線に基づいて前記内燃機関を運転し、
   前記エンジン性能線の、全負荷運転時のトルクに到達する前記回転速度を未制限時に比べて高回転速度側に設定することにより、前記発電機のカウンタトルクにより前記ダンパの変位を前記ストッパに当接が生じる変位未満に制御可能な範囲内に前記内燃機関のトルクを制限する、
   ことを含む内燃機関の制御方法。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御方法であって、
   前記内燃機関が運転していることに応じて、前記内燃機関のトルクを制限する、
   内燃機関の制御方法。
3. 請求項１又は２に記載の内燃機関の制御方法であって、
   前記ダンパは、メインダンパとプリダンパと有して構成され、
   前記ストッパは、前記メインダンパのハブに設けられ、
   前記ストッパには動力伝達経路上、前記内燃機関と前記ダンパとの間に設けられた回転部材が当接する、
   内燃機関の制御方法。
4. 請求項１から３いずれか１項に記載の内燃機関の制御方法であって、
   前記内燃機関は、
   前記発電機で発電した電力により駆動輪を駆動する走行用モータと、
   前記走行用モータと前記駆動輪との間で動力を伝達する第１動力伝達経路と、
   前記内燃機関と前記発電機との間で動力を伝達する第２動力伝達経路と、を備え、前記ダンパが前記第２動力伝達経路に設けられるシリーズハイブリッド車両、
   に搭載される内燃機関の制御方法。
5. 内燃機関の動力により駆動される発電機と、
   動力伝達経路上、前記内燃機関と前記発電機との間に設けられたダンパと、
   が設けられ、
   前記内燃機関は、気筒で失火が生じた時に生じるトルク変動量の最大値が、前記発電機のカウンタトルクにより前記ダンパの変位を前記ダンパのストッパに当接が生じる変位未満に抑えることが可能な値より大きい内燃機関の制御装置であって、
   回転速度に対するトルクを定めたエンジン性能線に基づいて前記内燃機関を運転し、前記エンジン性能線の、全負荷運転時のトルクに到達する前記回転速度を未制限時に比べて高回転速度側に設定することにより、前記発電機のカウンタトルクにより前記ダンパの変位を前記ストッパに当接が生じる変位未満に制御可能な範囲内に前記内燃機関のトルクを制限する制御部を備える、
   内燃機関の制御装置。

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