KR20160083043A - 하이브리드 차량, 하이브리드 차량용 제어 장치, 및 엔진 감압 상황의 경우에 배터리의 출력을 관리하기 위한 컨트롤러를 갖는 하이브리드 차량을 위한 제어 방법 - Google Patents

하이브리드 차량, 하이브리드 차량용 제어 장치, 및 엔진 감압 상황의 경우에 배터리의 출력을 관리하기 위한 컨트롤러를 갖는 하이브리드 차량을 위한 제어 방법 Download PDF

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power storage
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internal combustion
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류타 데라야
도시카즈 가토
요시카즈 아사미
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도요타지도샤가부시키가이샤
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Abstract

하이브리드 차량은 내연기관, 전동 모터, 축전 장치 및 컨트롤러를 포함한다. 컨트롤러는, 작동 특성이 제2 특성으로 설정되어 있는 미리 결정된 조건에서 내연기관의 시동이 요구될 때의 축전 장치로부터의 출력이 내연기관의 시동이 요구될 때의 축전 자치의 상태에 기초하여 설정되는 축전 장치로부터의 출력보다 높아 지도록, 축전 장치의 상태에 기초하여 축전 장치로부터의 출력을 제어하도록 구성된다. 미리 결정된 조건은 내연기관의 시동성이 악화되는 조건이다.

Description

하이브리드 차량, 하이브리드 차량용 제어 장치, 및 엔진 감압 상황의 경우에 배터리의 출력을 관리하기 위한 컨트롤러를 갖는 하이브리드 차량을 위한 제어 방법{HYBRID VEHICLE, CONTROL DEVICE FOR HYBRID VEHICLE, AND CONTROL METHOD FOR HYBRID VEHICLE WITH CONTROLLER FOR MANAGING THE OUTPUT OF A BATTERY IN CASE OF ENGINE DECOMPRESSION SITUATION}
본 발명은, 하이브리드 차량, 하이브리드 차량용 제어 장치, 및 하이브리드 차량을 위한 제어 방법에 관한 것으로, 더 구체적으로는 흡기 밸브의 작동 특성을 변경시키기 위한 가변 밸브 가동 장치를 포함하는 내연기관을 포함하는 하이브리드 차량, 하이브리드 차량용 제어 장치, 및 하이브리드 차량을 위한 제어 방법에 관한 것이다.
흡기 밸브의 작동 특성을 변경시킬 수 있는 가변 밸브 가동 장치를 포함하는 내연기관이 공지되어 있다. 또한, 이러한 가변 밸브 가동 장치로서, 흡기 밸브의 밸브 리프트 또는 밸브 작용 각 중 적어도 하나를 변경시킬 수 있는 가변 밸브 가동 장치가 공지되어 있다(일본 특허 출원 공보 제2005-299594호(JP 2005-299594 A), 일본 특허 출원 공보 제2009-167885호(JP 2009-167885 A), 일본 특허 출원 공보 제2009-202662호(JP 2009-202662 A), 일본 특허 출원 공보 제 2004-183610호(JP 2004-183610 A), 일본 특허 출원 공보 제2013-53610호(JP 2013-53610 A), 일본 특허 출원 공보 제2008-25550호(JP 2008-25550 A), 일본 특허 출원 공보 제2012-117376호(JP 2012-117376 A), 일본 특허 출원 공보 제9-242519호(JP 9-242519 A) 등을 참조하라).
예를 들어, JP2005-299594A는 엔진의 각각의 흡기 밸브의 밸브 리프트 및 밸브 작용 각을 변경시킬 수 있는 가변 밸브 가동 장치를 기재한다. 이 가변 밸브 가동 장치에서는, 엔진이 비교적 단시간에 재시동되는 것을 상정한 상태에서 엔진이 자동적으로 정지되는 경우, 감압을 충분히 얻기 위해서 엔진 정지 동안의 각각의 흡기 밸브의 밸브 작용 각은 최대 작용 각으로 설정된다. 이에 반해, 엔진이 수동적으로 정지되는 경우에는, 엔진 정지 동안의 목표 밸브 작용 각은 고온 시동 및 저온 시동의 양자 모두를 다루기 위해서 엔진이 자동적으로 정지되는 경우보다 작은 값으로 설정되므로, 엔진의 시동성에 더 높은 우선도를 부여한다(JP 2005-299594 A 참조).
엔진 외에 구동 전동 모터가 장착되는 하이브리드 차량에서는, 엔진의 시동 및 정지가 주행 상태에 기초하여 자동적으로 제어된다. 그러므로, 엔진을 시동시키는 처리는 자주 발생한다. 특히, 하이브리드 차량이 전동 모터만을 사용하여 주행되는 동안에는 차실의 내부는 조용하다. 따라서, 엔진의 시동으로부터 초래되는 진동 및 소음을 사용자가 쉽게 경험하게 된다. 따라서, JP 2005-299594 A에 기재된 기술은 엔진의 시동 시의 진동을 억제하는 관점에서 하이브리드 차량에 유용하다.
JP 2005-299594 A에 따른 각각의 흡기 밸브의 특성의 제어에 있어서, 엔진이 자동적으로 정지될 때, 엔진 정지 동안의 각각의 흡기 밸브의 밸브 작용 각은 감압이 충분히 얻어지도록 최대 밸브 작용 각으로 균일하게 설정된다. 그러나, 각각의 흡기 밸브의 밸브 작용 각(또는 밸브 리프트)이 증가될 때, 흡기 행정에서 실린더 안으로 흡입되는 공기의 일부가 실린더의 외부로 복귀되어, 압축비의 감소로 인해 점화성이 악화되고, 따라서 엔진의 출력 응답성이 저하된다. 따라서, 엔진 시동 시에 크랭킹 토크가 충분히 얻어지지 않는 상황이 발생하면, 엔진의 시동성이 악화될 우려가 있다.
본 발명은, 흡기 밸브의 작동 특성을 변경시키기 위한 가변 밸브 가동 장치를 갖는 내연기관을 포함하는 하이브리드 차량에서 내연기관의 시동시의 진동을 억제하고 내연기관의 시동성을 보장하기 위한 것이다.
본 발명의 양태는 하이브리드 차량을 제공한다. 하이브리드 차량은 내연기관, 전동 모터, 축전 장치 및 컨트롤러를 포함한다. 내연기관은 가변 밸브 가동 장치를 포함한다. 가변 밸브 가동 장치는 흡기 밸브의 작동 특성을 제1 특성 및 제2 특성 중 하나로 변경시키도록 구성된다. 작동 특성이 제2 특성일 때의 흡기 밸브의 밸브 리프트 또는 밸브 작용 각 중 적어도 하나는 작동 특성이 제1 특성일 때의 흡기 밸브의 밸브 리프트 또는 밸브 작용 각 중 대응하는 적어도 하나보다 크다. 전동 모터는 내연기관을 시동시키기 위해 사용되도록 구성된다. 축전 장치는 전동 모터를 구동하기 위한 전력을 저장하도록 구성된다. 컨트롤러는, 작동 특성이 제2 특성으로 설정되어 있는 상태에의 미리 결정된 조건에서 내연기관의 시동이 요구될 때의 축전 장치로부터의 출력이 내연기관의 시동이 요구될 때의 축전 장치의 상태에 기초하여 설정되는 축전 장치로부터의 출력보다 높도록, 축전 장치의 상태에 기초하여 축전 장치로부터의 출력을 제어하도록 구성된다. 미리 결정된 조건은 내연기관의 시동성이 악화되는 조건이다.
상기 하이브리드 차량에 있어서, 내연기관의 시동성이 악화되는 미리 결정된 조건에서 내연기관의 시동이 요구될 때, 흡기 밸브의 작동 특성이 제2 특성인 경우에도, 축전 장치로부터의 출력은 내연기관의 시동이 요구될 때의 축전 장치의 상태의 기초하여 설정되는 출력보다 높도록 설정된다. 이와 같이 축전 장치로부터의 출력을 제어함으로써, 내연기관의 시동시에 전동 모터에 의해 내연기관에 적용되는 크랭킹 토크를 증가시킬 수 있다. 따라서, 상기 하이브리드 차량에 있어서, 내연기관의 시동시의 진동을 억제하고 내연기관의 시동성을 확보할 수 있다.
"내연기관의 시동이 요구될 때"라는 어구는 내연기관의 시동이 실제로 요구될 때뿐만 아니라 내연기관의 시동이 실행되기 직전에 내연기관을 정지시키는 처리가 실행되는 때도 포함한다.
상기 양태에서, 컨트롤러는 축전 장치의 SOC가 저하됨에 따라 축전 장치로부터의 출력이 저하되도록 축전 장치로부터의 출력을 제어하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러는 SOC가 SOC의 제어 하한보다 높도록 SOC를 제어하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러는, 내연기관을 정지시키는 처리가 실행될 때 작동 특성이 제2 특성으로 설정되어 있는 상태에서 미리 결정된 조건이 성립되는 경우, 제어 하한을 증가시킴으로써 축전 장치의 SOC를 증가시켜, 축전 장치로부터의 출력이 미리 결정된 조건이 충족될 때의 SOC에 기초하여 설정되는 축전 장치로부터의 출력보다 높아지게 하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러는 SOC가 제어 하한 위로 증가된 후에 내연기관을 정지시키도록 구성될 수 있다.
상기 하이브리드 차량에 있어서, SOC는 내연기관을 정지시키는 처리가 실행될 때에 SOC의 제어 하한을 증가시킴으로써 증가된다. 따라서, 축전 장치로부터의 출력은 내연기관의 재시동 시에 증가된다. 이와 같이, 전동 모터에 의해 내연기관에 적용되는 크랭킹 토크를 증가시킬 수 있다.
상기 양태에서, 컨트롤러는 축전 장치의 온도의 저하에 기초하여 축전 장치로부터의 출력을 제한하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러는, 작동 특성이 제2 특성으로 설정되어 있는 상태에서 내연기관이 냉간 상태에 있을 때 및 내연기관의 시동이 요구될 때, 방전 전력 상한값이 내연기관의 시동이 요구될 때의 축전 장치의 온도에 기초하여 설정되는 방전 전력 상한값보다 높도록 축전 장치의 방전 전력 상한값을 설정하도록 구성될 수 있다.
상기 하이브리드 차량에 있어서, 축전 장치의 방전 전력 상한값을 증가시킴으로써, 전동 모터에 의해 내연기관에 적용되는 크랭킹 토크를 증가시킬 수 있다.
상기 양태에서, 컨트롤러는, 내연기관을 시동시키는 처리가 실행될 때, 방전 전력 상한값을 증가시키는 처리를 실행하도록 구성될 수 있다.
상기 하이브리드 차량에 있어서, 축전 장치의 방전 전력의 불필요한 증가로부터 초래되는 축전 장치의 열화의 진행을 억제할 수 있다.
상기 양태에서, 컨트롤러는, 작동 특성이 제2 특성으로 설정되어 있는 상태에서 가변 밸브 가동 장치가 작동 불가능할 때, 축전 장치로부터의 출력을 증가시키는 처리를 실행하도록 구성될 수 있다.
상기 하이브리드 차량에 있어서, 흡기 밸브의 작동 특성이 제2 특성으로부터 변경될 수 없고 내연기관의 시동성이 흡기 밸브의 작동 특성을 제1 특성으로 변경시킴으로써 향상될 수 없는 경우에도, 전동 모터에 의해 내연기관에 적용되는 크랭킹 토크를 증가시킬 수 있다. 따라서, 내연기관의 시동성을 확보할 수 있다.
상기 양태에서, 가변 밸브 가동 장치는 작동 특성을 제1 특성 및 제2 특성 중 하나로 단계적으로 변경시키도록 구성될 수 있다.
상기 양태에서, 가변 밸브 가동 장치는 작동 특성을 제3 특성으로 변경시키도록 구성될 수 있다. 작동 특성이 제3 특성일 때의 밸브 리프트 또는 밸브 작용 각 중 적어도 하나는 작동 특성이 제1 특성일 때의 밸브 리프트 또는 밸브 작용 각 중 대응하는 적어도 하나보다 클 수 있으며, 작동 특성이 제3 특성일 때의 밸브 리프트 또는 밸브 작용 각 중 적어도 하나는 작동 특성이 제2 특성일 때의 밸브 리프트 또는 밸브 작용 각 중 대응하는 적어도 하나보다 작을 수 있다.
상기 하이브리드 차량에 있어서, 흡기 밸브의 작동 특성은 단계적으로 변경되도록 구성되어, 내연기관의 작동 상태를 제어하기 위한 제어 파라미터를 순응시키는데 요구되는 시간을 감소시킬 수 있다. 또한, 흡기 밸브의 작동 특성을 변경시키기 위한 액추에이터에 요구되는 토크를 감소시킬 수 있어, 액추에이터의 크기 및 중량을 감소시킬 수 있다. 액추에이터의 제조 비용 또한 감소될 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 하이브리드 차량의 제어 장치를 제공한다. 하이브리드 차량은 내연기관, 전동 모터, 및 축전 장치를 포함한다. 내연기관은 가변 밸브 가동 장치를 포함한다. 전동 모터는 내연기관을 시동시키기 위해 사용되도록 구성된다. 축전 장치는 전동 모터를 구동시키기 위한 전력을 저장하도록 구성된다. 제어 장치는 컨트롤러를 포함한다. 컨트롤러는 흡기 밸브의 작동 특성이 제1 특성 및 제2 특성 중 하나로 변경되도록 가변 밸브 가동 장치를 제어하도록 구성된다. 작동 특성이 제2 특성일 때의 흡기 밸브의 밸브 리프트 또는 밸브 작용 각 중 적어도 하나는 작동 특성이 제1 특성일 때의 흡기 밸브의 밸브 리프트 또는 밸브 작용 각 중 대응하는 적어도 하나보다 크다. 컨트롤러는, 작동 특성이 제2 특성으로 설정되어 있는 상태에서의 미리 결정된 조건에서 내연기관의 시동이 요구될 때의 축전 장치로부터의 출력이 내연기관의 시동이 요구될 때의 축전 장치의 상태에 기초하여 설정되는 축전 장치로부터의 출력보다 높도록 축전 장치의 상태에 기초하여 축전 장치로부터의 출력을 제어하도록 구성된다. 미리 결정된 조건은 내연기관의 시동성이 악화되는 조건이다.
본 발명의 추가적인 양태는 하이브리드 차량을 위한 제어 방법을 제공한다. 하이브리드 차량은 내연기관, 전동 모터, 축전 장치 및 컨트롤러를 포함한다. 내연기관은 가변 밸브 가동 장치를 포함한다. 전동 모터는 내연기관을 시동시키기 위해 사용되도록 구성된다. 축전 장치는 전동 모터를 구동시키기 위한 전력을 저장하도록 구성된다. 제어 방법은 가변 밸브 가동 장치를 제어하는 단계 및 축전 장치로부터의 출력을 제어하는 단계를 포함한다. 가변 밸브 가동 장치는, 흡기 밸브의 작동 특성이 제1 특성 및 제2 특성 중 하나로 변경되도록 컨트롤러에 의해 제어된다. 작동 특성이 제2 특성일 때의 흡기 밸브의 밸브 리프트 또는 밸브 작용 각 중 적어도 하나는 작동 특성이 제1 특성일 때의 흡기 밸브의 밸브 리프트 또는 밸브 작용 각 중 대응하는 적어도 하나보다 크다. 축전 장치로부터의 출력은, 작동 특성이 제2 특성으로 설정되어 있는 상태에서의 미리 결정된 조건에서 내연기관의 시동이 요구될 때의 축전 장치로부터의 출력이 내연기관의 시동이 요구될 때의 축전 장치의 상태에 기초하여 설정되는 축전 장치로부터의 출력보다 높도록 축전 장치의 상태에 기초하여 컨트롤러에 의해 제어된다. 미리 결정된 조건은 내연기관의 시동성이 악화되는 조건이다.
본 발명에 따르면, 흡기 밸브의 작동 특성을 변경시키기 위한 가변 밸브 가동 장치를 갖는 내연기관을 포함하는 하이브리드 차량에서 내연기관의 시동시의 진동을 억제하고 내연기관의 시동성을 확보할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시형태의 특징, 장점, 및 기술적 및 산업적 중요성을 첨부의 도면을 참고하여 이하에서 설명할 것이며, 도면에서 유사한 번호는 유사한 요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 하이브리드 차량의 전체적인 구성을 도시하는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 엔진의 구성도이다.
도 3은 VVL 장치에 의해 달성되는 밸브 변위와 크랭크 각과의 사이의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 4는 VVL 장치의 정면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 VVL 장치를 부분적으로 나타내는 사시도이다.
도 6은 각각의 흡기 밸브의 밸브 리프트 및 밸브 작용 각이 클 때의 동작을 나타내는 도면이다.
도 7은 각각의 흡기 밸브의 밸브 리프트 및 밸브 작용 각이 작을 때의 동작을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 1에 도시된 하이브리드 차량에서의 엔진의 간헐 운전 제어를 나타내는 천이도이다.
도 9는 엔진의 간헐 운전의 일례를 나타내는 타임차트이다.
도 10은 축전 장치의 온도와 방전 전력 상한값과의 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11은 축전 장치의 SOC와 방전 전력 상한값과의 사이의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 12는 축전 장치의 열화도와 방전 전력 상한값과의 사이의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 13은 제1 실시형태에 따른 하이브리드 차량에서의 흡기 밸브 제어의 제어 구조를 나타내는 흐름도이다.
도 14는 제2 실시형태에 따른 하이브리드 차량에서의 흡기 밸브 제어의 제어 구조를 나타내는 흐름도이다.
도 15는 각각의 흡기 밸브의 작동 특성을 3단계로 변경시킬 수 있는 VVL 장치에 의해 달성되는 밸브 변위와 크랭크 각과의 사이의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 16은 도 15에 도시된 작동 특성을 갖는 VVL 장치를 포함하는 엔진의 운전 라인을 도시하는 그래프이다.
도 17은 도 15에 도시된 작동 특성을 갖는 VVL 장치의 적용에 의한 제1 실시형태에 따른 흡기 밸브 제어의 제어 구조를 나타내는 흐름도이다.
도 18은 도 15에 도시된 작동 특성을 갖는 VVL 장치의 적용에 의한 제2 실시형태에 따른 흡기 밸브 제어의 제어 구조를 나타내는 흐름도이다.
도 19는 각각의 흡기 밸브의 작동 특성을 2단계로 변경시킬 수 있는 VVL 장치에 의해 달성되는 밸브 변위와 크랭크 각과의 사이의 관계를 도시하는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 첨부의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 이하에서는, 복수의 실시형태에 대해서 설명하지만, 실시형태에서 설명된 구성의 적절한 조합이 출원시에 기대된다. 유사한 참조 번호는 도면의 동일하거나 대응하는 부분을 나타내고, 그에 대한 설명은 반복하지 않는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 하이브리드 차량의 전체 구성을 도시하는 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 하이브리드 차량(1)은 엔진(100), 모터 제너레이터(MG1, MG2), 동력 분할 장치(4), 감속 기어(5), 및 구동륜(6)을 포함한다. 하이브리드 차량(1)은 축전 장치(10), 전력 제어 유닛(power control unit)(PCU)(20), 및 컨트롤러(200)를 더 포함한다.
하이브리드 차량(1)은 엔진(100) 또는 모터 제너레이터(MG2) 중 적어도 하나로부터 출력되는 구동력을 사용하여 주행할 수 있다. 엔진(100)은, 예를 들어 가솔린 엔진 및 디젤 엔진과 같은 내연기관이다. 엔진(100)은 차량을 추진시키기 위한 구동력을 발생시킨다. 엔진(100)은 또한 발전기로서 작동할 수 있는 모터 제너레이터(MG1)를 구동하기 위한 구동력을 발생시킨다. 엔진(100)은 모터 제너레이터(MG1)에 의해 크랭킹되어 시동될 수 있다. 엔진(100)은 각각의 흡기 밸브의 작동 특성을 변경시키기 위한 가변 밸브 가동 장치를 포함한다. 가변 밸브 가동 장치는 엔진(100)의 시동성 및 차량의 주행 조건에 기초하여 컨트롤러(200)에 의해 제어된다. 엔진(100) 및 가변 밸브 가동 장치의 구성을 이후에 상세하게 설명할 것이다.
동력 분할 장치(4)는, 엔진(100)에 의해 발생되는 구동력을, 출력축(7) 및 감속 기어(5)를 통해 구동륜(6)을 구동하기 위한 구동력과 모터 제너레이터(MG1)를 구동하기 위한 구동력으로 분할할 수 있도록 구성된다. 동력 분할 장치(4)는 예를 들어 유성 기어 열로 구성된다.
모터 제너레이터(MG1, MG2)의 각각은 교류 회전 전동 기계이며, 예를 들어 삼상교류 동기 모터 제너레이터이다. 모터 제너레이터(MG1)는 엔진(100)의 구동력을 사용하여 전력을 발생시킬 수 있다. 엔진(100)의 구동력은 동력 분할 장치(4)를 통해 수신된다. 예를 들어, 축전 장치(10)의 SOC가 미리 결정된 하한에 도달하면, 엔진(100)은 시동되고 모터 제너레이터(MG1)에 의해 전력이 발생된다. 모터 제너레이터(MG1)에 의해 발생된 전력은 PCU(20)에 의해 전압 변환된다. 변환된 전력은 축전 장치(10)에 일시적으로 저장되거나, 변환된 전력은 모터 제너레이터(MG2)에 직접적으로 공급된다.
모터 제너레이터(MG2)는 축전 장치(10)에 저장된 전력 및 모터 제너레이터(MG1)에 의해 발생된 전력 중 적어도 하나를 사용하여 구동력을 발생시킨다. 모터 제너레이터(MG2)의 구동력은 출력축(7) 및 감속 기어(5)를 통해 구동륜(6)에 전달된다. 도 1에서는, 구동륜(6)은 전륜이다. 전륜 대신에 또는 전륜 이외에, 후륜이 모터 제너레이터(MG2)에 의해 구동될 수 있다.
차량의 제동 동안에는, 모터 제너레이터(MG2)가 감속 기어(5)를 통해 구동륜(6)에 의해 구동되고, 모터 제너레이터(MG2)가 발전기로서 작동한다. 이에 의해, 모터 제너레이터(MG2)는 제동 에너지를 전력으로 변환하는 회생 브레이크로서 작동한다. 모터 제너레이터(MG2)에 의해 발생된 전력은 축전 장치(10)에 저장된다.
PCU(20)는 모터 제너레이터(MG1, MG2)를 구동하기 위한 구동 유닛이다. PCU(20)는, 모터 제너레이터(MG1, MG2)를 구동하기 위한 인버터를 포함하고, 인버터와 축전 장치(10)와의 사이에서 전압을 변환하기 위한 컨버터를 더 포함할 수 있다.
축전 장치(10)는, 재충전가능한 직류 전원이며, 예를 들어 니켈-금속 수소 이차 전지 또는 리튬 이온 이차 전지를 포함한다. 축전 장치(10)의 전압은 예를 들어 약 200V이다. 축전 장치(10)는 모터 제너레이터(MG1, MG2)에 의해 발생된 전력을 저장한다. 대용량 커패시터가 축전 장치(10)로서 채용될 수도 있다. 축전 장치(10)는, 모터 제너레이터(MG1, MG2)에 의해 발생된 전력을 일시적으로 저장하고 저장된 전력을 모터 제너레이터(MG2)에 공급할 수 있는 전력 버퍼라면, 어떠한 전력 버퍼일 수도 있다. 센서(315)가 축전 장치(10)에 제공된다. 센서(315)는 축전 장치(10)의 온도(Tb), 전류(Ib) 및 전압(Vb)을 검출하기 위해 사용된다. 센서(315)에 의해 검출된 값은 컨트롤러(200)에 출력된다.
컨트롤러(200)는, 중앙 처리 유닛(CPU), 저장 장치, 입력/출력 버퍼 등(도시되지 않음)을 포함하는 전자 제어 유닛(ECU)을 포함한다. 컨트롤러(200)는, 다양한 센서로부터 신호를 수신하고 장치에 제어 신호를 출력하며, 하이브리드 차량(1)의 장치의 제어를 행한다. 일례로서, 컨트롤러(200)는, 하이브리드 차량(1)의 주행 제어, 축전 장치(10)의 충전 제어(SOC 제어), 가변 밸브 가동 장치를 포함하는 엔진(100)의 제어 등을 실행한다. 컨트롤러(200)의 구성에 대해서는 이후에 설명한다.
도 2는 도 1에 도시된 엔진(100)의 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 공기가 에어 클리너(102)를 통해 엔진(100)에 흡입된다. 흡입 공기량은 스로틀 밸브(104)에 의해 조정된다. 스로틀 밸브(104)는 스로틀 모터(312)에 의해 구동된다.
흡입 공기는 각각의 실린더(106)(연소실)에서 연료와 혼합된다. 연료가 각각의 인젝터(108)로부터 대응하는 실린더(106)에 분사된다. 이 실시형태에서는, 인젝터(108)의 분사 구멍이 흡기 포트에 제공되는 포트 분사식으로서 엔진(100)을 설명한다. 포트 분사식 인젝터(108) 이외에, 연료를 대응하는 실린더(106) 안으로 직접적으로 분사하는 직접 분사 인젝터가 제공될 수 있다. 또한, 직접 분사 인젝터만이 제공될 수 있다.
각각의 실린더(106)의 공기-연료 혼합물이 대응하는 점화 플러그(110)에 의해 점화되어 연소한다. 연소된 공기-연료 혼합물, 즉 배기 가스는 3원 촉매(112)에 의해 정화된 후, 차량 밖으로 배출된다. 공기-연료 혼합물의 연소에 의해 피스톤(114)이 하방으로 눌리고, 크랭크축(116)이 회전한다.
흡기 밸브(118) 및 배기 밸브(120)가 각각의 실린더(106)의 상부에 제공된다. 각각의 실린더(106)에 도입되는 공기의 양 및 도입 타이밍은 대응하는 흡기 밸브(118)에 의해 제어된다. 각각의 실린더(106)로부터 배출되는 배기 가스의 양 및 배출 타이밍은 대응하는 배기 밸브(120)에 의해 제어된다. 각각의 흡기 밸브(118)는 캠(122)에 의해 구동된다. 각각의 배기 밸브(120)는 캠(124)에 의해 구동된다.
이하에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 각각의 흡기 밸브(118)의 밸브 리프트 및 밸브 작용 각은 가변 밸브 리프트(VVL) 장치(400)에 의해 제어된다. 각각의 배기 밸브(120)의 밸브 리프트 및 밸브 작용 각 또한 제어가능할 수 있다. 각각의 밸브의 개방/폐쇄 타이밍을 제어하는 가변 밸브 타이밍(VVT) 장치가 VVL 장치(400)와 조합될 수 있다.
컨트롤러(200)는, 엔진(100)이 원하는 운전 상태에 놓이도록, 스로틀 개방도(θth), 점화 티아밍, 연료 분사 타이밍, 연료 분사량, 및 각각의 흡기 밸브의 작동 상태(개방/폐쇄 타이밍, 밸브 리프트, 밸브 작용 각 등)를 제어한다. 컨트롤러(200)에는, 다양한 센서, 즉 캠 각 센서(300), 크랭크 각 센서(302), 노크 센서(304), 스로틀 개방도 센서(306), 액셀러레이터 페달 센서(308), 냉각제 온도 센서(309), 및 외부 공기 온도 센서(310)로부터 신호가 입력된다.
캠 각 센서(300)는 캠 위치를 나타내는 신호를 출력한다. 크랭크 각 센서(302)는, 크랭크샤프트(116)의 회전 속도(엔진 회전 속도) 및 크랭크샤프트(116)의 회전 각도를 나타내는 신호를 출력한다. 노크 센서(304)는 엔진(100)의 진동의 강도를 나타내는 신호를 출력한다. 스로틀 개방도 센서(306)는 스로틀 개방도(θth)를 나타내는 신호를 출력한다.
액셀러레이터 페달 센서(308)는, 운전자의 액셀러레이터 페달 조작량을 검출하고, 신호(Ac)를 컨트롤러(200)에 출력한다. 신호(Ac)는 검출된 조작량을 나타낸다. 냉각제 온도 센서(309)는 엔진(100)의 냉각제 온도(Tw)를 검출한다. 외부 공기 온도 센서(310)는 하이브리드 차량(1) 주위의 외부 공기 온도(Ta)를 검출한다. 검출된 냉각제 온도(Tw) 및 외부 공기 온도(Ta)는 컨트롤러(200)에 입력된다. 컨트롤러(200)는 이들 센서로부터의 신호에 기초하여 엔진(100)을 제어한다.
도 3은 VVL 장치(400)에서 달성되는 밸브 변위와 크랭크 각과의 사이의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 각각의 배기 밸브(120)(도 2)는 배기 행정에서 개방 및 폐쇄되고, 각각의 흡기 밸브(118)(도 2)는 흡기 행정에서 개방 및 폐쇄된다. 파형(EX)은 각각의 배기 밸브(120)의 밸브 변위를 나타낸다. 파형(IN1, IN2)은 각각의 흡기 밸브(118)의 밸브 변위를 각각 나타낸다. 밸브 변위는, 밸브가 폐쇄된 상태로부터의 밸브의 변위이다. 이하의 설명에서, 밸브 리프트는, 흡기 밸브(118)의 개방도가 피크에 도달했을 때의 밸브 변위이며, 밸브 작용 각은 흡기 밸브(118)가 개방될 때로부터 흡기 밸브(118)가 폐쇄될 때까지의 기간의 크랭크 각이다.
각각의 흡기 밸브(118)의 작동 특성은 VVL 장치(400)에 의해 파형(IN1, IN2) 사이에서 변화된다. 파형(IN1)은 밸브 리프트 및 밸브 작용 각이 최소인 경우를 나타낸다. 파형(IN2)은 밸브 리프트 및 밸브 작용 각이 최대인 경우를 나타낸다. VVL 장치(400)에서는, 밸브 작용 각은 밸브 리프트의 증가와 함께 증가한다.
도 4는 VVL 장치(400)의 정면도이다. 도 4에 도시된 구성은 일례이다. VVL 장치(400)는 이러한 구성으로 한정되지 않는다. 도 4에 도시된 바와 같이, VVL 장치(400)는 구동축(410), 지지 파이프(420), 입력 아암(430), 및 요동 캠(440)을 포함한다. 구동축(410)은 일 방향으로 연장된다. 지지 파이프(420)는 구동축(410)의 외주를 덮는다. 입력 아암(430) 및 요동 캠(440)은 지지 파이프(420)의 외주에서 구동축(410)의 축 방향으로 배치된다. 구동축(410)을 선형적으로 가동시키는 액추에이터(도시되지 않음)가 구동축(410)의 원위 단부에 연결된다.
VVL 장치(400)는 각각의 실린더에 제공된 하나의 캠(122)에 대응하여 하나의 입력 아암(430)을 포함한다. 2개의 요동 캠(440)은 각각의 실린더에 제공된 흡기 밸브(118)의 쌍에 대응하여 각각의 입력 아암(430)의 양측에 제공된다.
지지 파이프(420)는 중공 원통 형상으로 형성되고 캠축(130)에 평행하게 배치된다. 지지 파이프(420)는 축 방향으로 이동하거나 회전하지 않도록 실린더 헤드에 고정된다.
구동축(410)은 축 방향으로 미끄러질 수 있도록 지지 파이프(420)의 내부에 삽입된다. 입력 아암(430) 및 2개의 요동 캠(440)은 구동축(410)의 축선을 중심으로 요동가능하도록 그리고 축 방향으로 이동하지 않도록 지지 파이프(420)의 외주에 제공된다.
입력 아암(430)은 아암부(432) 및 롤러부(434)를 포함한다. 아암부(432)는 지지 파이프(420)의 외주로부터 멀어지는 방향으로 돌출한다. 롤러부(434)는 아암부(432)의 원위 단부에 회전가능하게 연결된다. 입력 아암(430)은, 롤러부(434)가 캠(122)에 접촉할 수 있는 위치에 배치되도록 제공된다.
각각의 요동 캠(440)은, 지지 파이프(420)의 외주면으로부터 멀어지는 방향으로 돌출하는 실질적으로 삼각형의 노즈부(442)를 갖는다. 노즈부(442)의 한 변에는 오목한 캠면(444)이 형성된다. 흡기 밸브(118)에 제공된 밸브 스프링의 가압력에 의해, 로커 아암(128)에 회전가능하게 부착된 롤러가 캠면(444)에 가압된다.
입력 아암(430) 및 요동 캠(440)은 구동축(410)의 축선을 중심으로 일체로 요동한다. 따라서, 캠축(130)이 회전함에 따라, 캠(122)과 접촉하는 입력 아암(430)이 요동하고, 요동 캠(440)이 입력 아암(430)의 운동과 연동하여 요동한다. 요동 캠(440)의 운동은, 로커 아암(128)을 통해 흡기 밸브(118)에 전달되고, 흡기 밸브(118)가 개방 또는 폐쇄된다.
VVL 장치(400)는, 지지 파이프(420)의 축선 주위에서의 입력 아암(430)과 각각의 요동 캠(440)과의 사이의 상대 위상 차를 변화시키는 장치를 더 포함한다. 각각의 흡기 밸브(118)의 밸브 리프트 및 밸브 작용 각은 상대 위상 차를 변경시키는 장치에 의해 요구되는 바에 따라 변경된다.
즉, 입력 아암(430)과 각각의 요동 캠(440)과의 사이의 상대 위상 차가 증가되면, 각각의 로커 아암(128)의 요동 각도가 요동 캠(440) 및 입력 아암(430)의 각각의 요동 각도에 대해 증가되고, 각각의 흡기 밸브(118)의 밸브 리프트 및 밸브 작용 각이 증가된다.
입력 아암(430)과 각각의 요동 캠(440)과의 사이의 상대 위상 차가 감소되면, 각각의 로커 아암(128)의 요동 각이 요동 캠(440) 및 입력 아암(430)의 각각의 요동 각도에 대해 감소되고, 각각의 흡기 밸브(118)의 밸브 리프트 및 밸브 작용 각은 감소된다.
도 5는 도 4에 도시된 VVL 장치(400)를 부분적으로 나타내는 사시도이다. 도 5는 내부 구조가 이해되도록 일부가 절결된 구조를 나타내고 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 지지 파이프(420)의 외주와 입력 아암(430) 및 2개의 요동 캠(440)의 세트와의 사이에 형성된 공간에 슬라이더 기어(450)가 수용된다. 슬라이더 기어(450)는 축 방향으로 회전가능하고 미끄러질 수 있도록 지지 파이프(420)에 지지된다. 슬라이더 기어(450)는 축 방향으로 미끄러질 수 있도록 지지 파이프(420)에 제공된다.
슬라이더 기어(450)는 헬리컬 기어(452)를 포함한다. 헬리컬 기어(452)는 축 방향으로 슬라이더 기어(450)의 중심부에 위치된다. 오른 나사 나선형 헬리컬 스플라인이 헬리컬 기어(452)에 형성된다. 슬라이더 기어(450)는 헬리컬 기어(454)를 포함한다. 헬리컬 기어(454)는 헬리컬 기어(452)의 양 측에 각각 위치된다. 헬리컬 기어(452)와 반대측의 왼나사 나선형 헬리컬 스플라인이 헬리컬 기어(454)의 각각에 형성된다.
한편, 입력 아암(430) 및 2개의 요동 캠(440)의 내주에는, 헬리컬 기어(452, 454)에 대응하는 헬리컬 스플라인이 각각 형성된다. 입력 아암(430) 및 2개의 요동 캠(440)의 내주는 슬라이더 기어(450)가 수용되는 공간을 형성한다. 즉, 오른나사 나선형 헬리컬 스플라인이 입력 아암(430)에 형성되고, 헬리컬 스플라인은 헬리컬 기어(452)와 맞물려 있다. 요동 캠(440)의 각각에는 왼나사 나선형 헬리컬 스플라인이 형성되어 있고, 헬리컬 스플라인은 대응하는 헬리컬 기어(454)와 맞물려 있다.
장방형 구멍(456)이 슬라이더 기어(450)에 형성된다. 장방형 구멍(456)이 헬리컬 기어(452)와 헬리컬 기어(454) 중 하나와의 사이에 위치되고 원주 방향으로 연장된다. 도면에 도시되어 있지 않지만, 장방형 구멍이 지지 파이프(420)에 형성되며, 장방형 구멍이 장방형 구멍(456)과 부분적으로 중첩하도록 축 방향으로 연장된다. 잠금 핀(412)이 지지 파이프(420) 내에 삽입된 구동축(410)에 일체로 제공된다. 잠금 핀(412)은 이들 장방형 구멍(456)의 중첩된 부분 및 장방형 구멍(도시되지 않음)을 통해 돌출한다.
구동축(410)이 구동축(410)에 연결된 액추에이터(도시되지 않음)에 의해 축 방향으로 이동되면, 슬라이더 기어(450)가 잠금 핀(412)에 의해 가압되고, 헬리컬 기어(452, 454)가 동시에 구동축(410)의 축 방향으로 이동한다. 헬리컬 기어(452, 454)가 이와 같이 이동하면, 이들 헬리컬 기어(452, 454)와 스플라인-결합된 입력 아암(430) 및 요동 캠(440)은 축 방향으로 이동하지 않는다. 그러므로, 입력 아암(430) 및 요동 캠(440)은 헬리컬 스플라인의 맞물림을 통해 구동축(410)의 축선 주위로 피봇된다.
이때, 입력 아암(430)과 각각의 요동 캠(440)에 각각 형성된 헬리컬 스플라인은 반대 배향을 갖는다. 그로므로, 입력 아암(430)의 피봇 방향과 각각의 요동 캠(440)의 피봇 방향은 서로 반대이다. 따라서, 입력 아암(430)과 각각의 요동 캠(440)과의 사이의 상대 위상 차가 변화되고, 그 결과 이미 설명한 바와 같이 각각의 흡기 밸브(118)의 밸브 리프트 및 밸브 작용 각이 변화된다.
VVL 장치(400)는 이러한 유형으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 각각의 밸브를 전기적으로 구동하는 VVL 장치, 각각의 밸브를 유압식으로 구동하는 VVL 장치 등이 사용될 수 있다.
컨트롤러(200)(도 2에 도시됨)는, 구동축(410)을 선형적으로 운동시키는 액추에이터의 조작량을 조정함으로써 각각의 흡기 밸브(118)의 밸브 리프트 및 밸브 작용 각을 제어한다.
도 6은, 각각의 흡기 밸브(118)의 밸브 리프트 및 밸브 작용 각이 클 때의 동작을 나타내는 도면이다. 도 7은, 각각의 흡기 밸브(118)의 밸브 리프트 및 밸브 작용 각이 작을 때의 동작을 나타내는 도면이다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 각각의 흡기 밸브(118)의 밸브 리프트 및 밸브 작용 각이 큰 경우(이하, "큰 캠 상태"라 칭함), 각각의 흡기 밸브(118)의 폐쇄 타이밍이 느려지기 때문에, 엔진(100)은 앳킨슨 사이클에서 운전된다. 즉, 흡기 행정에서 실린더(106) 안으로 흡입된 공기의 일부가 실린더(106)의 외부로 복귀되므로, 압축 행정에서 공기를 압축하기 위한 힘인 압축 반력이 저하된다(감압). 따라서, 엔진 시동시의 진동을 감소시킬 수 있다. 따라서, 엔진(100)이 간헐적으로 운전되기 때문에 엔진 시동 처리의 횟수가 증가하는 하이브리드 차량에서는, 감압을 얻기 위해서 엔진 시동시의 각각의 흡기 밸브(118)의 밸브 리프트 및 밸브 작용 각을 증가시키는 것이 바람직하다. 각각의 흡기 밸브(118)의 밸브 리프트 및 밸브 작용 각이 증가되면, 압축비의 저하로 인해 점화성이 악화되므로, 엔진 시동성이 상대적으로 악화된다.
한편, 각각의 흡기 밸브(118)의 밸브 리프트 및 밸브 작용 각이 작은 경우(이하, "작은 캠 상태"라고도 칭함)에는, 각각의 흡기 밸브(118)의 폐쇄 타이밍이 빨라지기 때문에, 압축비가 증가한다. 그러므로, 저온에서 점화성이 향상되고, 엔진 토크의 응답성이 향상된다. 각각의 흡기 밸브(118)의 밸브 리프트 및 밸브 작용 각이 감소되면, 압축 반력이 증가하고, 따라서 엔진 시동 시의 진동이 증가한다.
도 8은 도 1에 도시된 하이브리드 차량(1)에서의 엔진의 간헐 운전 제어를 나타내는 천이도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 하이브리드 차량(1)에서는, 엔진(100)의 시동 및 정지는 기본적으로는 주행 상태에 기초하여 자동적으로 제어된다. 컨트롤러(200)는, 엔진 정지 상태에서 엔진 시동 조건이 성립되면, 엔진 시동 명령을 발생시킨다. 따라서, 엔진 시동 처리가 실행되고, 그 결과 하이브리드 차량(1)은 엔진 정지 상태로부터 엔진 운전 상태로 이행된다.
한편, 컨트롤러(200)는, 엔진 운전 상태에서 엔진 정지 조건이 성립되면, 엔진 정지 명령을 발생시킨다. 따라서, 엔진 정지 처리가 실행되고, 그 결과 하이브리드 차량(1)은 엔진 운전 상태로부터 엔진 정지 상태로 이행된다.
예를 들어, 하이브리드 차량(1)에서는, 출력 파라미터(Pr)와 임계치의 비교에 기초하여 엔진 시동 조건이 성립되는지의 여부를 판정한다. 출력 파라미터(Pr)는 하이브리드 차량(1)에 요구되는 출력(동력 또는 토크)을 정량적으로 나타낸다. 즉, 출력 파라미터(Pr)가 미리 결정된 임계치(Pth1)를 초과하면, 엔진 시동 조건이 성립된다.
예를 들어, 출력 파라미터(Pr)는 하이브리드 차량(1)의 토탈 요구 파워(Ptl)이다. 토탈 요구 파워(Ptl)는, 요구 구동 파워(Pr*)와 요구 충전/방전 파워(Pchg)의 합계로부터 산출될 수 있다(Ptl=Pr*+Pchg). 요구 구동 파워(Pr*)는 요구 토크(Tr*)와 구동축(8)의 회전 속도의 곱으로 표현된다. 요구 토크(Tr*)는 운전자의 액셀러레이터 페달 조작량을 반영한다. 요구 충전/방전 파워(Pchg)는 축전 장치(10)의 SOC를 제어하기 위해 사용된다.
요구 토크(Tr*)는 액셀러레이터 페달 조작량이 증가할수록 높은 값으로 설정된다. 차속과 조합하여, 동일한 액셀러레이터 조작량에 대해 차속이 증가할수록 요구 토크(Tr*)가 감소하도록, 요구 토크(Tr*)를 설정하는 것이 바람직하다. 이들 특성을 반영함으로써 맵을 미리 작성할 수 있다. 요구 토크(Tr*)는 맵을 사용함으로써 액셀러레이터 페달 조작량 및 차속에 기초하여 설정된다. 대안적으로, 노면 상태(노면 구배, 노면 마찰 계수 등)에 기초하여, 미리 설정된 맵 또는 연산식에 따라, 요구 토크(Tr*)를 설정하는 것도 가능하다.
요구 충전/방전 파워(Pchg)는 SOC에 기초하여 설정된다. 즉, 요구 충전/방전 파워(Pchg)는 SOC가 저하됐을 때는 Pchg>0(충전)로 설정되는 한편, 충전/방전 파워(Pchg)는 SOC가 증가했을 때는 Pchg <0(방전)로 설정된다. 즉, 요구 충전/방전 파워(Pchg)는, 축전 장치(10)의 SOC를 미리 결정된 제어 목표에 근접시키도록 설정된다. 하이브리드 차량(1)이 SOC가 소비되는 충전 고갈(CD) 모드와 SOC가 유지되는 충전 유지(CS) 모드를 갖는 경우에는, 요구 충전/방전 파워(Pchg)는 CD 모드에서 0으로 설정되는 반면(Pchg=0), 요구 충전/방전 파워(Pchg)는 CS 모드에서는 SOC에 기초하여 설정된다. 즉, CS 모드에서, 요구 충전/방전 파워(Pchg)는 SOC가 저하됐을 때는 Pchg>0(충전)으로 설정되는 한편, 요구 충전/방전 파워(Pchg)는 SOC가 증가됐을 때는 Pchg<0(방전)으로 설정된다. CD 모드와 CS 모드와의 사이에서 충전하기 위한 이러한 모드 제어는, 축전 장치(10)가 차량 외부의 전원으로부터 충전가능한 하이브리드 차량에 유용하며, 차량 외부의 전원으로부터 축전 장치(10)를 충전하는 기능을 갖지 않는 하이브리드 차량에도 적용가능하다.
컨트롤러(200)는, 토탈 요구 파워(Ptl)가 발생되도록, 엔진(100) 및 모터 제너레이터(MG1, MG2)의 출력을 제어한다. 예를 들어, 저속 주행 동안 토탈 요구 파워(Ptl)가 작으면, 엔진(100)이 정지된다. 한편, 액셀러레이터 페달의 조작에 기초한 가속 동안에는, 토탈 요구 파워(Ptl)의 증가의 결과로서 엔진 시동 조건이 성립하고, 그 결과 엔진(100)이 시동된다.
한편, 엔진 정지 조건은, 출력 파라미터(Pr)(토탈 요구 파워(Ptl))가 미리 결정된 임계치(Pth2)보다 낮아질 때 성립된다. 엔진 시동 조건의 임계치(Pth1) 및 엔진 정지 조건의 임계치(Pth2)를 상이한 값으로 설정함으로써(Pth1>Pth2), 엔진 정지 상태와 엔진 운전 상태와의 사이에서의 빈번한 변경을 방지할 수 있다.
도 9는 엔진 간헐 운전의 일례를 나타낸 타임차트이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 시각 t1에서, 토탈 요구 파워(Ptl)가 임계치(Pth1)를 초과하면, 엔진 시동 조건이 ON 상태(성립)로 설정된다. 따라서, 엔진 시동 처리가 실행되고, 그 결과 하이브리드 차량(1)은 엔진 정지 상태로부터 엔진 운전 상태로 이행된다.
시각 t2에서, 토탈 요구 파워(Ptl)가 임계치(Pth1)보다 낮아지면, 엔진 시동 조건이 OFF 상태(불성립)로 설정된다. 시각 t3에서, 토탈 요구 파워(Ptl)가 임계치(Pth2)보다 낮아지면(Pth1>Pth2), 엔진 정지 조건이 ON 상태(성립)로 설정된다. 따라서, 엔진 정지 처리가 실행되고, 그 결과 하이브리드 차량(1)은 엔진 운전 상태로부터 엔진 정지 상태로 이행된다.
다시 도 8을 참조하면, 예를 들어 엔진(100)의 저온 시에도 3원 촉매(112)의 웜업이 요구되는 경우, 엔진 시동 조건이 성립되고, 엔진(100)이 시동된다. 3원 촉매(112) 등을 웜업하기 위해서 엔진(100)이 시동되는 경우, 촉매 온도 또는 엔진 냉각제 온도(냉각제 온도 센서(309)가 미리 결정된 온도보다 높아지면, 엔진 정지 조건이 성립된다. 사용자의 키 스위치 조작에 응답하여 차량 운전이 정지될 때(예를 들어, IG 스위치가 오프될 때)에도, 엔진 정지 조건이 성립된다.
엔진(100)을 운전 또는 정지시킬 지의 여부를 판정하기 위한 출력 파라미터(Pr)는 토탈 요구 파워(Ptl) 이외일 수 있다. 예를 들어, 적어도 액셀러레이터 페달 조작량을 반영하도록 산출되는 요구 토크 또는 요구 가속도, 또는 액셀러레이터 페달 조작량 자체가 출력 파라미터(Pr)로서 사용될 수 있다.
정지 상태의 엔진(100)을 시동하기 위해서, 모터 제너레이터(MG1)에 의해 엔진(100)을 크랭킹한다. 크랭킹 시에, 축전 장치(10)로부터 모터 제너레이터(MG1)에 전력이 공급된다. 따라서, 엔진 시동 시에 축전 장치(10)의 출력(방전)이 크게 제한되어 있는 경우에는, 엔진(100)을 시동시키기에 충분한 크랭킹 토크가 모터 제너레이터(MG1)에 의해 엔진(100)에 부여될 수 없을 우려가 있다. 특히, 엔진 시동시의 진동을 감소시키기 위해서 각각의 흡기 밸브(118)의 밸브 리프트 및 밸브 작용 각을 증가시키는 경우(큰 캠 상태)에는, 축전 장치(10)로부터의 출력이 크게 제한되면, 엔진(100)의 시동성의 악화가 현저해진다.
축전 장치(10)의 출력(방전)은, 축전 장치(10)의 온도(Tb), SOC, 열화도 등에 기초하여 변화되는 방전 전력 상한값(Wout)을 설정함으로써 제한된다. 도 10 내지 도 12는 축전 장치(10)로부터의 출력에 대한 제한을 나타내기 위한 개념도이다.
도 10은, 축전 장치(10)의 온도(Tb)와 방전 전력 상한값(Wout)과의 사이의 관계를 나타낸다. 도 10에 도시된 바와 같이, 축전 장치(10)가 이차 전지로 구성되는 경우에는, 저온 영역에서는 내부 저항의 증가에 의해 방전 전력 상한값(Wout)이 제한된다. 예를 들어, 축전 장치(10)의 온도(Tb)에 기초하여, 저온 영역에서는 상온 영역에서보다 방전 전력 상한값(Wout)이 더 제한된다.
도 11은, 축전 장치(10)의 SOC와 방전 전력 상한값(Wout)과의 사이의 관계를 나타낸다. 도 11에 도시된 바와 같이, 축전 장치(10)의 과방전을 방지하기 위해서, SOC가 저하됨에 따라 방전 전력 상한값(Wout)이 저하되도록 방전 전력 상한값(Wout)이 설정된다. 축전 장치(10)의 SOC는, 축전 장치(10)의 전압(Vb), 전류(Ib), 및 온도(Tb)의 검출값에 기초하여 다양한 공지된 방법을 사용함으로써 산출될 수 있다.
축전 장치(10)의 과방전을 방지하기 위해서, SOC는 미리 결정된 제어 하한보다 높아지도록 제어된다. SOC의 제어 하한이 값 S1로 설정될 때, 방전 전력 상한값(Wout)은 SOC에 기초하여 값 W1보다 높은 값으로 설정된다. SOC의 제어 하한이 값 S1로부터 값 S2로 증가되면, 방전 전력 상한값(Wout)은 SOC에 기초하여 값 W2 (W1<W2)보다 높은 값으로 설정된다. 즉, SOC는 SOC의 제어 하한을 값 S1으로부터 값 S2로 증가시킴으로써 증가되고, 방전 전력 상한값(Wout)을 증가시키는 것이 가능하다.
도 12는, 축전 장치(10)의 열화도와 방전 전력 상한값(Wout)과의 사이의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 축전 장치(10)의 열화가 진행됨에 따라 방전 전력 상한값(Wout)이 저하되도록, 방전 전력 상한값(Wout)이 설정된다. 축전 장치(10)의 열화도는 다양한 공지된 방법을 사용함으로써 산출될 수 있다.
이와 같이, 축전 장치(10)의 온도(Tb), SOC, 열화도 등에 기초하여, 축전 장치(10)의 방전 전력 상한값(Wout)이 설정된다. 축전 장치(10)를 보호하기 위해서, 모터 제너레이터(MG1, MG2)의 각각의 토크 명령값은, 모터 제너레이터(MG1, MG2)의 전력 소비(토크×회전 속도)의 합이 방전 전력 상한값(Wout)을 초과하지 않도록 제한된다.
엔진 시동시의 진동을 감소시키기 위해서 각각의 흡기 밸브(118)의 밸브 리프트 및 밸브 작용 각이 증가되어 있는 동안(큰 캠 상태)에 축전 장치(10)로부터의 출력이 크게 제한되면, 감압으로부터 초래되는 엔진 시동성의 저하 및 크랭킹 토크의 저하로 인해 엔진(100)의 시동성이 크게 저하된다. 그러므로, 제1 실시형태에서, 엔진(100)의 시동이 요구되는 경우, 축전 장치(10)의 SOC의 제어 하한을 증가시킴으로써 방전 전력 상한값(Wout)이 증가된다(도 11). 따라서, 크랭킹 토크의 저하가 억제되고, 따라서 엔진(100)의 시동성이 보장된다. 더 구체적으로는, 엔진(100)이 재시동되는 것을 상정한 상태에서 엔진(100)을 정지시키는 처리가 실행될 때에 엔진(100)의 시동성이 악화되는 것으로 판정되는 경우(예를 들어, 저온시), 통상시 동안에 비해 SOC의 제어 하한은 증가된다.
도 13은, 제1 실시형태에 따른 하이브리드 차량(1)에서의 흡기 밸브 제어의 제어 구조를 설명하는 흐름도이다. 이 흐름도는, 미리 저장된 프로그램을 미리 결정된 간격으로 실행하는 컨트롤러(200)에 의해 실행된다. 대안적으로, 단계의 일부의 처리는 전용 하드웨어(전자 회로)를 구축함으로써 실행될 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 컨트롤러(200)는 엔진(100)이 운전 중인지의 여부를 판정한다(단계 S10). 엔진(100)이 정지되어 있을 때는(단계 S10에서 아니오), 컨트롤러(200)는 이 후의 일련의 처리를 실행하지 않고 단계 S100로 처리를 이행한다.
단계 S10에서 엔진(100)이 운전 중이라고 판정되면(단계 S10에서 예), 컨트롤러(200)는 도 8을 참조하여 설명한 엔진 정지 조건이 성립되어 있는지의 여부를 판정한다(단계 S20). 엔진 정지 조건이 성립되어 있다고 판정되면(단계 S20에서 예), 컨트롤러(200)는 각각의 흡기 밸브(118)의 작동 특성이 큰 캠 상태(밸브 리프트 및 밸브 작용 각이 상대적으로 큰 상태이며, 예를 들어 도 3에 도시된 파형 IN2로 나타나는 상태)인지의 여부를 판정한다(단계 S30).
각각의 흡기 밸브(118)의 작동 특성이 큰 캠 상태라고 판정되면(단계 S30에서 예), 컨트롤러(200)는 VVL 장치(400)가 작동 불가능인지의 여부를 판정한다(단계 S40). VVL 장치(400)의 고장 시 또는 극저온 조건에서의 마찰의 증가 시에, VVL 장치(400)는 작동 불가능이 될 수 있다. 단계 S40은 생략될 수 있다.
단계 S40에서 VVL 장치(400)가 작동 불가능이다라고 판정되면(단계 S40에서 예), 컨트롤러(200)는 엔진(100)의 시동성의 악화의 조건이 성립되어 있는지의 여부를 판정한다(단계 S50). 예를 들어, 축전 장치(10)에 기초하여 설정되는 조건으로서, 방전 전력 상한값(Wout)가 미리 결정된 값보다 낮거나, 축전 장치(10)의 온도(Tb)가 미리 결정된 온도보다 낮은 경우, 조건이 성립되는 것으로 판정된다. 엔진(100)에 기초하여 설정되는 조건으로서, 엔진(100)의 냉각제 온도(Tw) 또는 외부 공기 온도(Ta)가 미리 결정된 온도보다 낮은 경우 또는 내비게이션 시스템(도시되지 않음)에 의해 검출되는 현재의 위치가 저온 지역(고지대, 고위도 등)을 나타내는 경우, 조건이 성립되는 것으로 판정된다.
단계 S50에서 엔진 시동성 악화 조건이 성립된다고 판정되면(단계 S50에서 예), 컨트롤러(200)는 축전 장치(10)의 SOC의 제어 하한에 대한 미리 결정된 값(B)을 설정한다(단계 S60). 미리 결정된 값(B)은 미리 결정된 값(A)보다 높은 값이고, 모터 제너레이터(MG1)에 의해 엔진(100)에 충분한 크랭킹 토크를 부여하기 위해서 축전 장치(10)로부터의 출력을 증가시킨다. 미리 결정된 값(A)은 이때의 축전 장치(10)의 상태(온도(Tb), SOC, 악화도 등)에 기초하여 설정된다. 즉, SOC의 제어 하한을 증대시키는 결과소로 SOC를 증가시킴으로써 방전 전력 상한값(Wout)이 증가되고(도 11), 그 결과 축전 장치(10)로부터의 출력이 증가된다.
단계 S30에서 각각의 흡기 밸브(118)의 작동 특성이 큰 캠 상태에 있지 않은 것으로 판정되는 경우(단계 S30에서 아니오), 단계 S40에서 VVL 장치(400)가 작동 불가능이라고 판정되는 경우(단계 S40에서 아니오), 또는 단계 S50에서 엔진 시동성 악화 조건이 성립되지 않는다고 판정되는 경우(단계 S50에서 아니오), 컨트롤러(200)는 SOC의 제어 하한에 대해 상기 미리 결정된 값(A)을 설정한다(단계 S70).
단계 S60 또는 S70에서 SOC의 제어 하한이 설정되면, 컨트롤러(200)는 SOC가 설정된 제어 하한보다 높은지의 여부를 판정한다(단계 S80). SOC가 제어 하한보다 높다고 판정되면(단계 S80에서 예), 컨트롤러(200)는 엔진(100)을 정지하기 위한 제어를 실행한다(단계 S90). 따라서, 각각의 인젝터(108)로부터의 연료 분사가 정지되고, 모터 제너레이터(MG1)의 토크는 엔진(100)을 원활하게 정지시키도록 제어된다.
상술한 바와 같이, 제1 실시형태에서는, 엔진 정지 조건의 성립될 때, 각각의 흡기 밸브(118)의 작동 특성이 큰 캠 상태(밸브 리프트 및 밸브 작용 각이 상대적으로 큰 상태)에 있고, 엔진 시동성 악화 조건이 성립되어 있을 경우, 축전 장치(10)의 SOC의 제어 하한이 증가된다. SOC가 제어 하한보다 낮은 경우에는, SOC가 제어 하한보다 높아진 후에 엔진(100)이 정지된다. 따라서, 다음 엔진 재시동에서의 방전 전력 상한값(Wout)이 증가되고, 따라서 축전 장치(10)로부터의 출력을 증가시킬 수 있다. 그 결과, 모터 제너레이터(MG1)에 의해 엔진(100)에 부여되는 크랭킹 토크를 증가시킬 수 있다. 따라서, 제1 실시형태에 따르면, 에진(100)의 시동시의 진동을 억제하고 엔진(100)의 시동성을 확보할 수 있다.
제1 실시형태에 따르면, 축전 장치(10)의 SOC의 제어 하한을 증가시키는 상기 처리는, 엔진(100)을 정지시키는 처리가 실행될 때에 엔진 시동성 악화 조건이 성립되는 경우에 실행되므로, SOC의 제어 하한의 불필요한 증가로부터 초래되는 SOC의 제어의 유연성의 저해를 억제할 수 있다.
제1 실시형태에서, 엔진(100)을 정지시키는 처리가 실행될 때에 축전 장치(10)의 SOC의 제어 하한을 증가시킴으로써, 방전 전력 상한값(Wout)이 증가되고, 따라서 축전 장치(10)로부터의 출력을 증가시킨다. 제2 실시형태에서, 축전 장치(10)로부터의 출력은 엔진(100)을 시동시키는 처리가 실행될 때에 방전 전력 상한 값(Wout)을 직접적으로 증가시킴으로써 증가된다.
제2 실시형태에 따른 하이브리드 차량의 전체적인 구성 및 엔진의 구성은 제1 실시형태에 따른 하이브리드 차량(1) 및 엔진(100)의 것과 동일하다.
도 14는, 제2 실시형태에 따른 하이브리드 차량(1)의 흡기 밸브 제어의 제어 구조를 나타내는 흐름도이다. 이 흐름도는 또한 미리 저장된 프로그램을 미리 결정된 간격으로 실행하는 컨트롤러(200)에 의해 실행된다. 대안적으로, 단계의 일부의 처리는 전용 하드웨어(전자 회로)를 구축함으로써 실행될 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 컨트롤러(200)는 엔진(100)이 정지되어 있는지의 여부를 판정한다(단계 S110). 엔진(100)이 운전되고 있는 경우(단계 S110에서 아니오), 컨트롤러(200)는 이후의 일련 처리를 실행 하지 않고 단계 S190로 처리를 이행한다.
단계 S110에서 엔진(100)이 정지되어 있다고 판정되면(단계 S110에서 예), 컨트롤러(200)는 도 8을 참고하여 설명한 엔진 시동 조건이 성립되어 있는지의 여부를 판정한다(단계 S120). 엔진 시동 조건이 성립되고 있다고 판정되면(단계 S120에서 예), 컨트롤러(200)는, 공기 온도의 저하에 의해 엔진(100)이 냉간 상태에 있는지의 여부, 즉 엔진(100)의 시동성이 악화될 수 있는지의 여부를 판정한다(단계 S130). 구체적으로는, 엔진(100)의 냉각제 온도(Tw)가, 엔진(100)이 저온에 있는 것을 나타내는 미리 결정된 값보다 낮을 경우, 엔진(100)은 냉간 상태에 있다고 판정된다. 엔진(100)의 냉각제 온도(Tw) 대신에, 엔진(100)의 오일 온도에 기초하여 엔진(100)이 냉간 상태에 있는지의 여부를 판정할 수 있다.
엔진(100)이 냉간 상태에 있다고 판정되면(단계 S130에서 예), 컨트롤러(200)는, 각각의 흡기 밸브(118)의 작동 특성이 큰 캠 상태(밸브 리프트 및 밸브 작용 각이 상대적으로 큰 상태이며, 예를 들어 도 3에 도시된 파형 IN2에 의해 나타나는 상태)인지의 여부를 판정한다(단계 S140).
각각의 흡기 밸브(118)의 작동 특성이 큰 캠 상태에 있다고 판정되면(단계 S140에서 예), 컨트롤러(200)는, VVL 장치(400)가 작동 불가능한지의 여부를 판정한다(단계 S150). 상술한 바와 같이, VVL 장치(400)의 고장 시 또는 극저온 조건에서의 마찰의 증가 시에, VVL 장치(400)는 작동 불가능할 수 있다. 단계 S150은 생략될 수 있다.
단계 S150에서 VVL 장치(400)가 작동 불가능하다고 판정되면(단계 S150에서 예), 컨트롤러(200)는, 방전 전력 상한값(Wout)에 대해 미리 결정된 값(D)을 설정한다(단계 S160). 미리 결정된 값(D)은, 미리 결정된 값(C)보다 높은 값이며, 모터 제너레이터(MG1)에 의해 엔진(100)에 충분한 크랭킹 토크를 부여하기 위해서 축전 장치(10)로부터의 출력을 증가시킨다. 미리 결정된 값(C)은 이때의 축전 장치(10)의 상태에 기초하여 설정된다. 즉, 방전 전력 상한값(Wout)을 증가시킴으로써, 축전 장치(10)로부터의 출력이 증가된다.
단계 S130에서 엔진(100)이 냉간 상태에 있지 않다고 판정되는 경우(단계 S130에서 아니오), 단계 S140에서 각각의 흡기 밸브(118)의 작동 특성이 큰 캠 상태에 있지 않다고 판정되는 경우(단계 S140에서 아니오), 또는 단계 S150에서 VVL 장치(400)가 작동가능하다고 판정되는 경우(단계 S150에서 아니오), 컨트롤러(200)는, 방전 전력 상한값(Wout)에 대해 상기 미리 결정된 값(C)을 설정한다(단계 S170).
단계 S160 또는 단계 S170에서 방전 전력 상한값(Wout)이 설정되면, 컨트롤러(200)는 엔진(100)을 시동하기 위한 제어를 실행한다(단계 S180). 이에 의해, 모터 제너레이터(MG1)에 의해 발생되는 크랭킹 토크에 의해 엔진(100)이 회전 구동되는 상태에서, 각각의 인젝터(108)로부터의 연료 분사 및 점화 플러그(110)의 점화가 개시된다.
이상과 같이, 제2 실시형태에서는, 엔진 시동 조건의 성립되는 때에, 각각의 흡기 밸브(118)의 작동 특성이 큰 캠 상태(밸브 리프트 및 밸브 작용 각이 상대적으로 큰 상태)에 있고, 엔진(100)이 냉간 상태(시동성 악화)에 있을 경우, 방전 전력 상한값(Wout)이 증가된다. 따라서, 엔진 시동시의 축전 장치(10)로부터의 출력을 증가시킬 수 있고, 따라서 모터 제너레이터(MG1)에 의해 엔진(100)에 부여되는 크랭킹 토크를 증가시킬 수 있다. 따라서, 제2 실시형태에 따르면, 엔진(100) 시동시의 진동을 억제하고 엔진(100)의 시동성을 확보할 수 있다.
제2 실시형태에 따르면, 방전 전력 상한값(Wout)을 증가시키는 상기 처리가 엔진(100)을 시동시키는 처리가 실행될 때 실행되므로, 방전 전력 상한값(Wout)의 불필요한 증가로부터 초래되는 축전 장치(10)의 열화의 진행을 억제할 수 있다.
제2 실시형태는 상기 제1 실시형태와 조합되어 실행될 수 있다. 즉, 엔진(100)을 정지시키는 처리가 실행될 때, 제1 실시형태에서 설명된 SOC의 제어 하한을 증가시키는 처리가 실행되고, 다음 번의 엔진(100)의 시동 시에, 제2 실시형태에서 설명된 방전 전력 상한값(Wout)을 증가시키는 처리가 실행될 수 있다.
상기 실시형태에서, 각각의 흡기 밸브(118)의 밸브 리프트 및 밸브 작용 각은 연속적으로(무단계적으로) 변경될 수 있거나 개별적으로(단계적으로) 변경될 수 있다.
도 15는, 각각의 흡기 밸브(118)의 작동 특성을 3단계로 변경할 수 있는 VVL 장치(400A)에 의해 달성되는 밸브 변위와 크랭크 각과의 사이의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 15에 도시된 바와 같이, VVL 장치(400A)는 제1 내지 제3 특성 중 어느 하나로 작동 특성을 변경할 수 있다. 제1 특성은 파형 IN1a로 나타난다. 제2 특성은 파형 IN2a로 나타난다. 제2 특성의 밸브 리프트 및 밸브 작용 각은 제1 특성의 밸브 리프트 및 밸브 작용 각보다 크다. 제3 특성은 파형 IN3a로 나타난다. 제3 특성의 밸브 리프트 및 밸브 작용 각은 제2 특성의 밸브 리프트 및 밸브 작용 각보다 크다.
도 16은, 도 15에 도시된 작동 특성을 갖는 VVL 장치(400A)를 포함하는 엔진(100)의 운전 라인을 나타내는 그래프이다. 도 16에 도시된 바와 같이, 횡측은 엔진 회전 속도를 나타내고, 종축은 엔진 토크를 나타낸다. 일점 쇄선으로 나타나는 라인은 제1 내지 제3 특성(IN1a 내지 IN3a)에 각각 대응하는 토크 특성을 나타낸다. 실선으로 나타낸 원은 동등한 연비 라인을 나타낸다. 원의 중심에 접근함에 따라 연비가 향상된다. 엔진(100)은, 기본적으로는 실선으로 나타낸 엔진 운전 라인을 따라 운전된다.
영역 R1로 나타낸 저회전 속도 영역에서는, 엔진 시동시의 진동을 억제하는 것이 중요하다. 이 저회전 속도 영역에서는, EGR(exhaust gas recirculation) 가스의 도입이 정지되고, 앳킨슨 사이클을 사용함으로써 연비는 향상된다. 따라서, 영역 R1에서는, 밸브 리프트 및 밸브 작용 각이 증가하도록 각각의 흡기 밸브(118)의 작동 특성으로서 제3 특성(IN3a)이 선택된다. 영역 R2에 의해 나타낸 중간 회전 속도 영역에서는, EGR가스의 도입량의 증가에 의해 연비가 향상된다. 따라서, 영역 R2에서는, 밸브 리프트 및 밸브 작용 각이 중간이 되도록 각각의 흡기 밸브(118)의 작동 특성으로서 제2 특성(IN2a)이 선택된다.
즉, 각각의 흡기 밸브(118)의 밸브 리프트 및 밸브 작용 각이 큰 경우(제3 특성)에는, EGR가스의 도입에 의한 연비 향상보다 앳킨슨 사이클의 사용에 의한 연비의 향상에 더 높은 우선도가 부여된다. 한편, 중간 밸브 리프트 및 밸브 작용 각이 선택되는 경우(제2 특성)에는, 앳킨슨 사이클의 사용에 의한 연비의 향상보다 EGR 가스의 도입에 의한 연비의 향상에 더 높은 우선도가 부여된다.
영역 R3에 의해 나타낸 높은 회전 속도 영역에서는, 흡기 관성에 의해 각각의 실린더 안으로 대량의 공기가 도입되고, 실제 압축비를 증가시킴으로써 출력 성능이 향상된다. 따라서, 영역 R3에서는, 밸브 리프트 및 밸브 작용 각이 증가하도록 각각의 흡기 밸브(118)의 작동 특성으로서 제3 특성(IN3a)이 선택된다.
엔진(100)이 낮은 회전 속도 영역에서 고부하에서 운전될 때, 엔진(100)이 극저온에서 시동될 때, 또는 촉매가 웜업될 때, 밸브 리프트 및 밸브 작용 각이 감소되도록 각각의 흡기 밸브(118)의 작동 특성으로서 제1 특성(IN1a)이 선택된다. 이와 같이, 엔진(100)의 운전 상태에 기초하여 밸브 리프트 및 밸브 작용 각이 결정된다.
도 17은, 도 15에 도시된 작동 특성을 갖는 VVL 장치(400A)의 적용에 의한 제1 실시형태에 따른 흡기 밸브 제어의 제어 구조를 나타내는 흐름도이다. 도 17에 도시된 바와 같이, 이 흐름도는 단계 S30 대신에 단계 S35가 포함되는 점에서 도 13에 나타낸 흐름도와 상이하다.
즉, 단계 S20에서 엔진 정지 조건이 성립된다고 판정되면(단계 S20에서 예), 컨트롤러(200)는 각각의 흡기 밸브(118)의 작동 특성이 제3 특성(IN3a)인지의 여부를 판정한다(단계 S35). 각각의 흡기 밸브(118)의 작동 특성이 제3 특성(IN3a)이라고 판정되면(단계 S35에서 예), 컨트롤러(200)는 단계 S40으로 처리를 진행시킨다. 각각의 흡기 밸브(118)의 작동 특성이 제3 특성(IN3a)이 아니라고 판정되면(단계 S35에서 아니오), 컨트롤러(200)는 단계 S70으로 처리를 진행시킨다.
도면에 구체적으로 도시되어 있지는 않지만, 단계 S35에서 각각의 흡기 밸브(118)의 작동 특성이 제2 특성(IN2a)이라고 판정되는 경우에도, 컨트롤러(200)는 단계 S40으로 처리를 진행시킬 수 있다.
도 18은, 도 15에 도시된 작동 특성을 갖는 VVL 장치(400A)의 적용에 의한 제2 실시형태에 따른 흡기 밸브 제어의 제어 구조를 나타내는 흐름도이다. 도 18에 도시된 바와 같이, 이 흐름도는 단계 S140 대신에 단계 S145가 포함된다는 점에서 도 14에 도시된 흐름도와 상이하다.
즉, 단계 S130에서 엔진(100)이 냉간 상태에 있다고 판정되면(단계 S130에서 예), 컨트롤러(200)는, 각각의 흡기 밸브(118)의 작동 특성이 제3 특성(IN3a)인지의 여부를 판정한다(단계 S145). 각각의 흡기 밸브(118)의 작동 특성이 제3 특성(IN3a)이라고 판정되면(단계 S145에서 예), 컨트롤러(200)는 단계 S150으로 처리를 진행시킨다. 각각의 흡기 밸브(118)의 작동 특성이 제3 특성(IN3a)이 아니라고 판정되면(단계 S145에서 아니오), 컨트롤러(200)는 단계 S170으로 처리를 진행시킨다.
도면에 구체적으로 도시되어 있지 않지만, 단계 S145에서 각각의 흡기 밸브(118)의 작동 특성이 제2 특성(IN2a)이라고 판정되는 경우에도, 컨트롤러(200)는 단계 S150로 처리를 진행시킬 수 있다.
도 15에 도시된 작동 특성을 갖는 VVL 장치(400A)에서는, 각각의 흡기 밸브(118)의 작동 특성, 즉 밸브 리프트 및 밸브 작용 각은 3개의 특성으로 한정되지 않기 때문에, 각각의 흡기 밸브(118)의 밸브 리프트 및 밸브 작용 각이 연속적으로 변화되는 경우에 비하여, 엔진(100)의 운전 상태를 제어하기 위한 제어 파라미터를 순응시키는데 요구되는 시간을 감소시킬 수 있다. 또한, 각각의 흡기 밸브(118)의 밸브 리프트 및 밸브 작용 각을 변경하기 위해 액추에이터에 요구되는 토크를 감소시킬 수 있고, 따라서 액추에이터의 크기 및 중량을 감소시킬 수 있다. 또한, 액추에이터의 제조 비용도 감소시킬 수 있다.
도 19는, 각각의 흡기 밸브(118)의 작동 특성을 2단계로 변경할 수 있는 VVL 장치(400B)에 의해 달성되는 밸브 변위와 크랭크 각과의 사이의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 19에 도시된 바와 같이, VVL 장치(400B)는 작동 특성을 제1 및 제2 특성 중 하나로 변경시킬 수 있다. 제1 특성은 파형 IN1b에 의해 나타난다. 제2 특성은 파형 IN2b에 의해 나타낸다. 제2 특성의 밸브 리프트 및 밸브 작용 각은 제1 특성의 밸브 리프트 및 밸브 작용 각보다 크다.
이 경우, 엔진 정지 처리가 실행될 때, 각각의 흡기 밸브(118)의 작동 특성이 제2 특성(IN2b)일 경우에 SOC의 제어 하한이 증가되고, 엔진 시동 처리가 실행될 때, 각각의 흡기 밸브(118)의 작동 특성이 제2 특성(IN2b)일 경우에 방전 전력 상한값(Wout)이 증가될 수 있다.
상기 구성에서, 각각의 흡기 밸브(118)의 작동 특성, 즉 밸브 리프트 및 밸브 작용 각은 2개의 특성으로 한정되기 때문에, 엔진(100)의 운전 상태를 제어하기 위한 제어 파라미터를 순응시키는데 요구되는 시간을 더 감소시킬 수 있다. 또한, 액추에이터의 구성을 더 간략화할 수 있다. 각각의 흡기 밸브(118)의 밸브 리프트 및 밸브 작용 각의 작동 특성은, 이 작동 특성이 2단계 또는 3 단계로 변경되는 경우로 제한되지 않는다. 작동 특성은 4 단계 이상의 임의의 수의 단계에서 변경될 수 있다.
상기 실시형태에서, 각각의 흡기 밸브(118)의 밸브 작용 각은 각각의 흡기 밸브(118)의 밸브 리프트와 함께 변경된다. 그러나, 본 발명은 각각의 흡기 밸브(118)의 밸브 리프트 및 각각의 흡기 밸브(118)의 밸브 작용 각 중 하나를 변경시킬 수 있는 가변 밸브 가동 장치를 포함하는 엔진을 포함하는 하이브리드 차량에도 적용될 수 있다. 각각의 흡기 밸브(118)의 밸브 리프트 및 밸브 작용 각 중 하나를 변경할 수 있는 가변 밸브 가동 장치에서도, 각각의 흡기 밸브(118)의 밸브 리프트 및 밸브 작용 각의 양자 모두를 변경할 수 있는 경우의 것과 유사한 유리한 효과를 얻을 수 있다. 각각의 흡기 밸브(118)의 밸브 리프트 및 밸브 작용 각 중 하나를 변경시킬 수 있는 가변 밸브 가동 장치는 다양한 공지된 기술을 이용함으로써 실행될 수 있다.
상기 실시형태에서는, 동력 분할 장치(4)에 의해 엔진(100)의 동력을 구동륜(6)과 모터 제너레이터(MG1, MG2)에 분배함으로써 엔진(100)의 동력을 전달할 수 있는 시리즈-패러렐형 하이브리드 차량에 대해 설명하였다. 본 발명은 다른 유형의 하이브리드 차량에도 적용될 수 있다. 즉, 본 발명은, 예를 들어 모터 제너레이터(MG1)를 구동하기 위해서만 엔진(100)을 사용하고, 모터 제너레이터(MG2)에 의해서만 차량의 구동력이 발생되는, 소위 시리즈형 하이브리드 차량, 엔진(100)에 의해 발생된 운동 에너지 중 회생 에너지만이 전기 에너지로서 회수되는 하이브리드 차량, 엔진이 주 동력원으로서 사용되고 필요한 경우 모터가 보조하는 모터-보조식 하이브리드 차량 등에도 적용될 수 있다. 본 발명은 모터가 분리되어 있는 동안 엔진만의 동력을 사용하여 주행하는 하이브리드 차량에도 적용될 수 있다.
상기 설명에서, 엔진(100)은 본 발명에 따른 "내연기관"의 일례에 대응하며, VVL 장치(400, 400A, 400B)는 본 발명에 따른 "가변 밸브 가동 장치"의 일례에 대응한다.
위에서 설명한 실시형태는 적절한 조합에서 실행되는 것이 기대된다. 위에서 설명한 실시형태는 모든 점에서 단지 예시적인 것으로서 간주되어야 하며 제한적인 것으로 간주되어서는 안된다. 본 발명의 범위는 상기 실시형태의 설명이 아닌 첨부된 청구항에 의해 규정된다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항 및 그 균등물의 범위 내의 모든 변형을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (9)

  1. 하이브리드 차량이며,
    흡기 밸브의 작동 특성을 제1 특성 및 제2 특성 중 하나로 변경시키도록 구성되는 가변 밸브 가동 장치를 포함하는 내연기관으로서, 작동 특성이 제2 특성일 때의 흡기 밸브의 밸브 리프트 또는 밸브 작용 각 중 적어도 하나는 작동 특성이 제1 특성일 때의 흡기 밸브의 밸브 리프트 또는 밸브 작용 각 중 대응하는 적어도 하나보다 큰, 내연기관,
    내연기관을 시동시키기 위해 사용되도록 구성되는 전동 모터,
    전동 모터를 구동시키기 위한 전력을 저장하도록 구성되는 축전 장치, 및
    작동 특성이 제2 특성으로 설정되어 있는 상태에서의 미리 결정된 조건에서 내연기관의 시동이 요구될 때의 축전 장치로부터의 출력이 내연기관의 시동이 요구될 때의 축전 장치의 상태에 기초하여 설정되는 축전 장치로부터의 출력보다 높도록, 축전 장치의 상태에 기초하여 축전 장치로부터의 출력을 제어하도록 구성되는 컨트롤러로서, 미리 결정된 조건은 내연기관의 시동성이 악화되는 조건인, 컨트롤러를 포함하는, 하이브리드 차량.
  2. 제1항에 있어서,
    컨트롤러는,
    축전 장치의 SOC가 저하됨에 따라 축전 장치로부터의 출력이 저하되도록 축전 장치로부터의 출력을 제어하고,
    SOC가 SOC의 제어 하한보다 높도록 SOC를 제어하고,
    내연기관을 정지시키는 처리가 실행될 때 작동 특성이 제2 특성으로 설정되어 있는 상태에서 미리 결정된 조건이 성립되는 경우에, 제어 하한을 증가시킴으로써 축전 장치의 SOC를 증가시켜, 축전 장치로부터의 출력이 미리 결정된 조건이 충족될 때의 SOC에 기초하여 설정되는 축전 장치로부터의 출력보다 높아지게 하도록 하고,
    SOC가 제어 하한 위로 증가된 후에 내연기관을 정지시키도록 구성되는, 하이브리드 차량.
  3. 제1항에 있어서,
    컨트롤러는,
    축전 장치의 온도의 저하에 기초하여 축전 장치로부터의 출력을 제한하며,
    작동 특성이 제2 특성으로 설정되어 있는 상태에서 내연기관이 냉간 상태에 있고 내연기관의 시동이 요구될 때, 방전 전력 상한값이 내연기관의 시동이 요구될 때의 축전 장치의 온도에 기초하여 설정되는 방전 전력 상한값보다 높아지도록 축전 장치의 방전 전력 상한값을 설정하도록 구성되는, 하이브리드 차량.
  4. 제3항에 있어서,
    컨트롤러는, 내연기관을 시동시키는 처리가 실행될 때에, 방전 전력 상한값을 증가시키는 처리를 실행하도록 구성되는, 하이브리드 차량.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    컨트롤러는, 작동 특성이 제2 특성으로 설정되어 있는 상태에서 가변 밸브 가동 장치가 작동 불가능할 때, 축전 장치로부터의 출력을 증가시키는 처리를 실행하도록 구성되는, 하이브리드 차량.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    가변 밸브 가동 장치는 작동 특성을 제1 특성 및 제2 특성 중 하나로 단계적으로 변경시키도록 구성되는, 하이브리드 차량.
  7. 제6항에 있어서,
    가변 밸브 가동 장치는 작동 특성을 제3 특성으로 변경시키도록 구성되고, 작동 특성이 제3 특성일 때의 밸브 리프트 또는 밸브 작용 각 중 적어도 하나는 작동 특성이 제1 특성일 때의 밸브 리프트 또는 밸브 작용 각 중 대응하는 적어도 하나보다 크며, 작동 특성이 제3 특성일 때의 밸브 리프트 또는 밸브 작용 각 중 적어도 하나는 작동 특성이 제2 특성일 때의 밸브 리프트 또는 밸브 작용 각 중 대응하는 적어도 하나보다 작은, 하이브리드 차량.
  8. 하이브리드 차량용 제어 장치이며, 하이브리드 차량은 내연기관, 전동 모터 및 축전 장치를 포함하고, 내연기관은 가변 밸브 가동 장치를 포함하고, 전동 모터는 내연기관을 시동시키기 위해 사용되도록 구성되고, 축전 장치는 전동 모터를 구동시키기 위한 전력을 저장하도록 구성되고, 제어 장치는 컨트롤러를 포함하고,
    컨트롤러는,
    흡기 밸브의 작동 특성이 제1 특성 및 제2 특성 중 하나로 변경되고, 작동 특성이 제2 특성일 때의 흡기 밸브의 밸브 리프트 또는 밸브 작용 각 중 적어도 하나가 작동 특성이 제1 특성일 때의 흡기 밸브의 밸브 리프트 또는 밸브 작용 각 중 대응하는 적어도 하나보다 크도록, 가변 밸브 가동 장치를 제어하고,
    작동 특성이 제2 특성으로 설정되어 있는 상태에서의 미리 결정된 조건에서 내연기관의 시동이 요구될 때의 축전 장치로부터의 출력이 내연기관의 시동이 요구될 때의 축전 장치의 상태에 기초하여 설정되는 축전 장치로부터의 출력보다 높도록, 축전 장치의 상태에 기초하여 축전 장치로부터의 출력을 제어하도록 구성되며, 미리 결정된 조건은 내연기관의 시동성이 악화되는 조건인, 제어 장치.
  9. 하이브리드 차량을 위한 제어 방법이며, 하이브리드 차량은 내연기관, 전동 모터, 축전 장치, 및 컨트롤러를 포함하고, 내연기관은 가변 밸브 가동 장치를 포함하고, 전동 모터는 내연기관을 시동시키기 위해 사용되도록 구성되고, 축전 장치는 전동 모터를 구동시키기 위한 전력을 저장하도록 구성되고, 제어 방법은,
    컨트롤러에 의해, 흡기 밸브의 작동 특성이 제1 특성 및 제2 특성 중 하나로 변경되고, 작동 특성이 제2 특성일 때의 흡기 밸브의 밸브 리프트 또는 밸브 작용 각 중 적어도 하나가 작동 특성이 제1 작동 특성일 때의 흡기 밸브의 밸브 리프트 또는 밸브 작용 각 중 대응하는 적어도 하나보다 크도록 가변 밸브 가동 장치를 제어하는 단계, 및
    컨트롤러에 의해, 작동 특성이 제2 특성으로 설정되어 있는 상태에서의 미리 결정된 조건에서 내연기관의 시동이 요구될 때의 축전 장치로부터의 출력이 내연기관의 시동이 요구될 때의 축전 장치의 상태에 기초하여 설정되는 축전 장치로부터의 출력보다 높도록 축전 장치의 상태에 기초하여 축전 장치로부터의 출력을 제어하는 단계로서, 미리 결정된 조건은 내연기관의 시동성이 악화되는 조건인, 제어 단계를 포함하는, 제어 방법.
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