本発明は、エンジンを備える車両用制御装置に関する。

自動車等の車両には、モータジェネレータ、オルタネータ或いはISG(Integrated Starter Generator)等の発電機が搭載されている。このような発電機は、車両の燃費性能を向上させる観点から、コースト走行や車両制動等の減速走行において回生発電状態に制御されることが多い(特許文献1参照)。また、特許文献1に記載された制御装置は、減速走行時に発電機を回生発電させる場合に、バルブタイミングを制御することでエンジンのポンプ損失を低減している。これにより、エンジン負荷を減らして発電負荷を増やすことができるため、発電機の発電電力を増やして車両の燃費性能を向上させることができる。

特開2010−84612号公報

ところで、バルブタイミング制御によってエンジンのポンプ損失を減らした状態、つまりエンジンの吸入空気量を増加させた状態のもとで、エンジンの燃料噴射が再開された場合にはエンジントルクが過度に出力されてしまう虞がある。このように、燃料噴射によってエンジントルクが過度に出力されることは、乗員に違和感を与えてしまう要因となっていた。このため、減速走行時にエンジン負荷を減らして発電電力を確保する場合であっても、燃料噴射の再開に伴って出力されるエンジントルクを抑制することが求められている。

本発明の目的は、燃料噴射の再開に伴って出力されるエンジントルクを抑制することにある。

本発明の車両用制御装置は、エンジンを備える車両用制御装置であって、前記エンジンに連結される発電機と、前記エンジンに連結されるロックアップクラッチと、前記エンジンに設けられる吸気バルブと、前記エンジンに設けられる排気バルブと、前記吸気バルブと前記排気バルブとの少なくとも何れか一方のバルブタイミングを、前記エンジンの充填効率を閾値よりも下げる低効率領域と、前記エンジンの充填効率を前記閾値よりも上げる高効率領域とに、制御するバルブタイミング制御部と、減速走行時に前記発電機を発電させる回生発電状態と、前記発電機の発電を休止する発電休止状態とに、前記発電機を制御する発電機制御部と、を有し、前記バルブタイミング制御部は、減速走行時に前記発電機が回生発電状態に制御される場合に、前記バルブタイミングを前記高効率領域に制御し、前記バルブタイミング制御部は、減速走行時に前記バルブタイミングを前記高効率領域に制御した状態のもとで、前記ロックアップクラッチが締結状態から解放状態に切り替えられた場合に、前記バルブタイミングを前記高効率領域から前記低効率領域に制御し、前記バルブタイミング制御部は、前記ロックアップクラッチの解放に伴って前記バルブタイミングを前記高効率領域から前記低効率領域に制御した後に、前記エンジンが燃料カット状態から燃料噴射状態に切り替えられるまで、前記バルブタイミングの前記低効率領域での制御を継続し、前記発電機制御部は、減速走行時の車速低下に伴い前記発電機の発電トルクを下げて前記発電機を回生発電状態から発電休止状態に制御した後に、前記エンジンが燃料カット状態から燃料噴射状態に切り替えられた後まで前記発電機の発電休止状態を継続する。

本発明によれば、バルブタイミング制御部は、減速走行時にバルブタイミングを高効率領域に制御した状態のもとで、ロックアップクラッチが締結状態から解放状態に切り替えられた場合に、バルブタイミングを低効率領域に制御する。これにより、エンジンの吸入空気量を減少させることができ、燃料噴射の再開に伴って出力されるエンジントルクを抑制することができる。

本発明の一実施の形態である車両用制御装置を備えた車両を示す概略図である。

エンジンの内部構造を示す概略図である。

バルブタイミングと充填効率との関係の一例を示す図である。

高効率領域および低効率領域の一例を示す図である。

電源回路の一例を示す回路図である。

車両用制御装置の制御系を示す概略図である。

スタータジェネレータを燃焼発電状態に制御したときの電力供給状況の一例を示す図である。

スタータジェネレータを発電休止状態に制御したときの電力供給状況の一例を示す図である。

スタータジェネレータを回生発電状態に制御したときの電力供給状況の一例を示す図である。

スタータジェネレータを力行状態に制御したときの電力供給状況の一例を示す図である。

回生発電制御における各種装置の作動状況の一例を示すタイミングチャートである。

高効率領域および低効率領域の他の例を示す図である。

(a)〜(c)は、バルブタイミングと充填効率との関係の他の例を示す図である。

(a)〜(c)は、バルブタイミングと充填効率との関係の他の例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明の一実施の形態である車両用制御装置10を備えた車両11を示す概略図である。図1に示すように、車両11には、内燃機関であるエンジン12を備えたパワーユニット13が搭載されている。エンジン12のクランク軸14には、ベルト機構15を介してスタータジェネレータ(発電機)16が機械的に連結されている。また、エンジン12にはトルクコンバータ17を介して変速機構18が連結されており、変速機構18にはデファレンシャル機構19等を介して車輪20が連結されている。

エンジン12に連結されるトルクコンバータ17には、ロックアップクラッチ21が組み込まれている。つまり、エンジン12には、ロックアップクラッチ21が連結されている。このロックアップクラッチ21を締結状態に制御することにより、エンジン12と変速機構18とはロックアップクラッチ21を介して連結される。一方、ロックアップクラッチ21を解放状態に制御することにより、エンジン12と変速機構18とはトルクコンバータ17を介して連結される。トルクコンバータ17には、複数の電磁バルブや油路からなるバルブユニット22が接続されている。このバルブユニット22を用いてアプライ室23とリリース室24との油圧を制御することにより、ロックアップクラッチ21は締結状態と解放状態とに制御される。このように、ロックアップクラッチ21を制御するバルブユニット22は、マイコン等からなるミッションコントローラ25によって制御される。

エンジン12に連結されるスタータジェネレータ16は、発電機および電動機として機能する所謂ISG(Integrated Starter Generator)である。スタータジェネレータ16は、クランク軸14に駆動される発電機として機能するだけでなく、クランク軸14を回転させる電動機として機能する。例えば、アイドリングストップ制御においてエンジン12を再始動させる場合や、発進時や加速時においてエンジン12をアシスト駆動する場合等に、スタータジェネレータ16は力行状態に制御される。スタータジェネレータ16は、ステータコイルを備えたステータ26と、フィールドコイルを備えたロータ27と、を有している。また、スタータジェネレータ16には、ステータコイルやフィールドコイルの通電状態を制御するため、インバータ、レギュレータおよびマイコン等からなるISGコントローラ28が設けられている。ISGコントローラ28によってフィールドコイルやステータコイルの通電状態を制御することにより、スタータジェネレータ16の発電電圧、発電トルク、力行トルク等が制御される。

エンジン12の吸気マニホールド30には、吸入空気量を制御するスロットルバルブ31が設けられている。スロットルバルブ31を開くことにより、エンジン12の吸入空気量が増加する一方、スロットルバルブ31を閉じることにより、エンジン12の吸入空気量が減少する。また、エンジン12には、吸気ポート50や燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタ32が設けられている。インジェクタ32から燃料を噴射することにより、エンジン12は燃料噴射状態に制御される一方、インジェクタ32からの燃料噴射を停止することにより、エンジン12は燃料カット状態に制御される。さらに、エンジン12には、イグナイタや点火コイルからなる点火装置33が設けられている。点火装置33によって点火時期を制御することにより、エンジン12の出力トルクや燃焼温度等を制御することができる。なお、スロットルバルブ31、インジェクタ32および点火装置33は、後述するメインコントローラ80によって制御される。

[可変動弁機構] エンジン12には、吸気バルブ40や排気バルブ41のバルブタイミングを制御する可変動弁機構42が設けられている。図2はエンジン12の内部構造を示す概略図である。図2に示すように、エンジン12には、一対のシリンダブロック43,44が設けられている。各シリンダブロック43,44のシリンダボア45にはピストン46が収容されており、このピストン46にはコネクティングロッド47を介してクランク軸14が連結されている。シリンダブロック43,44には、可変動弁機構42を備えたシリンダヘッド48,49が取り付けられている。このシリンダヘッド48,49には、燃焼室に吸入空気を案内する吸気ポート50が形成されるとともに、吸気ポート50を開閉する吸気バルブ40が設けられている。また、シリンダヘッド48,49には、燃焼室から排出ガスを案内する排気ポート51が形成されるとともに、排気ポート51を開閉する排気バルブ41が設けられている。

シリンダヘッド48,49には、吸気バルブ40を開閉する吸気カム軸52が設けられるとともに、排気バルブ41を開閉する排気カム軸53が設けられている。吸気カム軸52には油圧アクチュエータ52aを介してカムスプロケット52sが取り付けられており、排気カム軸53には油圧アクチュエータ53aを介してカムスプロケット53sが取り付けられている。また、クランク軸14には、クランクスプロケット14sが取り付けられている。これらのスプロケット14s,52s,53sには、図示しないタイミングチェーンが巻き掛けられており、クランク軸14の回転はタイミングチェーンを介して吸気カム軸52および排気カム軸53に伝達される。

油圧アクチュエータ52a,53aには、複数の電磁バルブや油路からなるバルブユニット54が接続されている。このバルブユニット54を用いて油圧アクチュエータ52a,53aを制御することにより、吸気カム軸52とカムスプロケット52sとの位相を調整することができ、排気カム軸53とカムスプロケット53sとの位相を調整することができる。つまり、油圧アクチュエータ52a,53aを制御することにより、吸気バルブ40の開閉時期であるバルブタイミングを制御することができ、排気バルブ41の開閉時期であるバルブタイミングを制御することができる。なお、油圧アクチュエータ52a,53aに作動油を供給するバルブユニット54は、後述するメインコントローラ80によって制御される。なお、図示する可変動弁機構42は、吸気バルブ40のバルブタイミングを遅角側に制御することができ、排気バルブ41のバルブタイミングを進角側や遅角側に制御することができる。

[エンジンの充填効率] 図3はバルブタイミングと充填効率との関係の一例を示す図である。なお、図3に示される吸入空気の充填効率の各領域は、スロットル開度が10°に制御され、かつエンジン回転数が3000rpmに制御された場合における充填効率の各領域である。

図3に示すように、吸気バルブ40のバルブタイミングを遅角側に制御し、排気バルブ41のバルブタイミングを進角側や遅角側に制御することにより、バルブタイミングを領域A1で制御することができる。このように、バルブタイミングを領域A1で制御することにより、エンジン12に対する吸入空気の充填効率を高めることができる。つまり、バルブタイミングを領域A1で制御することにより、エンジン12の吸入空気量を増加させることができ、エンジン12のポンプ損失を減少させることができる。

一方、吸気バルブ40のバルブタイミングを中立側(0°側)に制御し、排気バルブ41のバルブタイミングを遅角側に制御することにより、バルブタイミングを領域A8で制御することができる。このように、バルブタイミングを領域A8で制御することにより、エンジン12に対する吸入空気の充填効率を低下させることができる。つまり、バルブタイミングを領域A8で制御することにより、エンジン12の吸入空気量を減少させることができ、エンジン12のポンプ損失を増加させることができる。

ここで、図4は高効率領域および低効率領域の一例を示す図である。なお、図4において、図3に示される領域と同一の領域には同一の符号が付されている。図4に示すように、エンジン12の充填効率を所定の閾値Xよりも上げる領域、つまり領域A1,A2,A3,A4が高効率領域として設定されている。バルブタイミングを高効率領域A1〜A4で制御することにより、シリンダ内に充填される吸入空気を増加させることができ、エンジン12のポンプ損失を減少させることができる。一方、エンジン12の充填効率を所定の閾値Xよりも下げる領域、つまり領域A5,A6,A7,A8が低効率領域として設定されている。バルブタイミングを低効率領域A5〜A8で制御することにより、シリンダ内に充填される吸入空気を減少させることができ、エンジン12のポンプ損失を増加させることができる。

[電源回路] 車両11に搭載される電源回路60について説明する。図5は電源回路60の一例を示す回路図である。図5に示すように、電源回路60は、スタータジェネレータ16に電気的に接続される鉛バッテリ61と、これと並列にスタータジェネレータ16に電気的に接続されるリチウムイオンバッテリ62と、を備えている。なお、リチウムイオンバッテリ62を積極的に放電させるため、リチウムイオンバッテリ62の端子電圧は、鉛バッテリ61の端子電圧よりも高く設計されている。また、リチウムイオンバッテリ62を積極的に充放電させるため、リチウムイオンバッテリ62の内部抵抗は、鉛バッテリ61の内部抵抗よりも小さく設計されている。このように、スタータジェネレータ16には、互いに内部抵抗の異なる鉛バッテリ61とリチウムイオンバッテリ62とが並列接続されている。

鉛バッテリ61の正極端子61aには正極ライン63が接続され、リチウムイオンバッテリ62の正極端子62aには正極ライン64が接続され、スタータジェネレータ16の正極端子16aには正極ライン65が接続される。これらの正極ライン63〜65は、接続点66を介して互いに接続されている。また、鉛バッテリ61の負極端子61bには負極ライン67が接続され、リチウムイオンバッテリ62の負極端子62bには負極ライン68が接続され、スタータジェネレータ16の負極端子16bには負極ライン69が接続される。これらの負極ライン67〜69は、基準電位点70を介して互いに接続されている。

鉛バッテリ61の正極ライン63には、導通状態と遮断状態とに切り替えられるスイッチSW1が設けられている。スイッチSW1を導通状態に制御することにより、スタータジェネレータ16と鉛バッテリ61とは互いに接続される。一方、スイッチSW1を遮断状態に制御することにより、スタータジェネレータ16と鉛バッテリ61とは互いに切り離される。また、リチウムイオンバッテリ62の正極ライン64には、導通状態と遮断状態とに切り替えられるスイッチSW2が設けられている。スイッチSW2を導通状態に制御することにより、スタータジェネレータ16とリチウムイオンバッテリ62は互いに接続される。一方、スイッチSW2を遮断状態に制御することにより、スタータジェネレータ16とリチウムイオンバッテリ62とは互いに切り離される。これらのスイッチSW1,SW2は、MOSFET等の半導体素子によって構成されるスイッチであっても良く、電磁力等を用いて接点を機械的に開閉させるスイッチであっても良い。なお、スイッチSW1,SW2は、リレーやコンタクタ等とも呼ばれている。

図1に示すように、電源回路60には、バッテリモジュール71が設けられている。このバッテリモジュール71には、リチウムイオンバッテリ62が組み込まれるとともに、スイッチSW1,SW2が組み込まれている。また、バッテリモジュール71には、マイコン等からなるバッテリコントローラ72が設けられている。バッテリコントローラ72は、リチウムイオンバッテリ62の充電状態SOC、充放電電流、端子電圧、セル温度、内部抵抗等を監視する機能や、スイッチSW1,SW2を制御する機能を有している。

また、鉛バッテリ61の正極ライン63には、複数の電気機器73が接続されている。また、鉛バッテリ61の負極ライン67には、バッテリセンサ74が設けられている。このバッテリセンサ74は、鉛バッテリ61の充電電流、放電電流、端子電圧、充電状態SOC等を検出する機能を有している。なお、正極ライン63には、電気機器73等を保護するヒューズ75が設けられている。

[車両用制御装置の制御系] 車両用制御装置10の制御系について説明する。図6は車両用制御装置10の制御系を示す概略図である。図1および図6に示すように、車両用制御装置10は、スタータジェネレータ16、スロットルバルブ31、可変動弁機構42、ロックアップクラッチ21、インジェクタ32および点火装置33等を制御するため、マイコン等からなるメインコントローラ80を有している。メインコントローラ80は、各装置に制御信号を出力する複数の制御部を有している。メインコントローラ80に設けられる制御部としては、スタータジェネレータ16を制御する発電機制御部81、スロットルバルブ31を制御するスロットル制御部82、および可変動弁機構42を制御するバルブタイミング制御部83がある。さらに、メインコントローラ80に設けられる制御部としては、ロックアップクラッチ21を制御するクラッチ制御部84、インジェクタ32を制御するインジェクタ制御部85、および点火装置33を制御する点火制御部86等がある。

メインコントローラ80や前述した各コントローラ25,28,72は、CANやLIN等の車載ネットワーク87を介して互いに通信自在に接続されている。メインコントローラ80は、各種コントローラやセンサからの情報に基づいて、スタータジェネレータ16、スロットルバルブ31、可変動弁機構42、ロックアップクラッチ21、インジェクタ32および点火装置33等を制御する。なお、メインコントローラ80のバルブタイミング制御部83は、バルブユニット54を介して可変動弁機構42を制御することにより、バルブタイミングを低効率領域や高効率領域に制御する。また、メインコントローラ80の発電機制御部81は、ISGコントローラ28に制御信号を出力することで、スタータジェネレータ16の発電電圧や発電トルク等を制御する。また、メインコントローラ80のクラッチ制御部84は、ミッションコントローラ25に制御信号を出力することで、ロックアップクラッチ21を締結状態や解放状態に制御する。

図6に示すように、メインコントローラ80に接続されるセンサとして、アクセルペダルの操作状況を検出するアクセルセンサ90、ブレーキペダルの操作状況を検出するブレーキセンサ91、スロットルバルブ31の開度を検出するスロットル開度センサ92、エンジン12の回転速度であるエンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ93、および車両11の走行速度である車速を検出する車速センサ94等がある。また、メインコントローラ80には、ISGコントローラ28からスタータジェネレータ16の発電電圧や発電トルク等の情報が入力され、ミッションコントローラ25からロックアップクラッチ21の作動状態等の情報が入力され、バッテリコントローラ72からリチウムイオンバッテリ62の充電状態SOC等の情報が入力される。なお、充電状態SOC(State Of Charge)とは、バッテリの設計容量に対する蓄電量の比率である。

[電力供給状況] スタータジェネレータ16の発電制御や力行制御に伴う電力供給状況について説明する。図7はスタータジェネレータ16を燃焼発電状態に制御したときの電力供給状況の一例を示す図である。図8はスタータジェネレータ16を発電休止状態に制御したときの電力供給状況の一例を示す図である。図9はスタータジェネレータ16を回生発電状態に制御したときの電力供給状況の一例を示す図である。図10はスタータジェネレータ16を力行状態に制御したときの電力供給状況の一例を示す図である。

図7に示すように、リチウムイオンバッテリ62の蓄電量が低下している場合には、スタータジェネレータ16が燃焼発電状態に制御される。つまり、リチウムイオンバッテリ62の充電状態SOCが所定の下限値を下回る場合には、リチウムイオンバッテリ62を充電して充電状態SOCを高めるため、スタータジェネレータ16が燃焼発電状態に制御される。スタータジェネレータ16を燃焼発電状態に制御する際には、スタータジェネレータ16の発電電圧がリチウムイオンバッテリ62の端子電圧よりも引き上げられる。これにより、図7に黒塗りの矢印で示すように、スタータジェネレータ16から、リチウムイオンバッテリ62、電気機器73および鉛バッテリ61等に対して発電電力が供給される。なお、スタータジェネレータ16の燃焼発電状態とは、エンジン12によってスタータジェネレータ16が発電駆動される状態である。

図8に示すように、リチウムイオンバッテリ62の蓄電量が十分に確保されている場合には、スタータジェネレータ16が発電休止状態に制御される。つまり、リチウムイオンバッテリ62の充電状態SOCが所定の上限値を上回る場合には、リチウムイオンバッテリ62の放電を促してエンジン負荷を低減するため、スタータジェネレータ16は発電休止状態に制御される。スタータジェネレータ16を発電休止状態に制御する際には、スタータジェネレータ16の発電電圧がリチウムイオンバッテリ62の端子電圧よりも引き下げられる。これにより、図8に黒塗りの矢印で示すように、リチウムイオンバッテリ62から電気機器73等に対して電力が供給されるため、スタータジェネレータ16の発電を抑制または停止させることができ、エンジン負荷を低減することができる。

前述したように、メインコントローラ80は、充電状態SOCに基づきスタータジェネレータ16を燃焼発電状態や発電休止状態に制御するが、減速走行時には多くの運動エネルギーを回収して燃費性能を高めることが必要である。そこで、減速走行時には、スタータジェネレータ16が回生発電状態に制御され、スタータジェネレータ16の発電電圧がバッテリ61,62や電気機器73等の耐電圧を超えない範囲で引き上げられる。これにより、スタータジェネレータ16の発電電力を増やすことができるため、運動エネルギーを積極的に電気エネルギーに変換して回収することができ、車両11のエネルギー効率を高めて燃費性能を向上させることができる。

このように、スタータジェネレータ16を回生発電状態に制御するか否かについては、アクセルペダルやブレーキペダルの操作状況等に基づき決定される。つまり、アクセルペダルおよびブレーキペダルの踏み込みが解除されるコースト走行時や、ブレーキペダルが踏み込まれる車両制動時には、エンジン12の燃料カットが実施されて車両11が減速する状況であるため、スタータジェネレータ16が回生発電状態に制御される。一方、アクセルペダルが踏み込まれる加速走行や定常走行においては、エンジン12の燃料噴射が実施される状況であることから、スタータジェネレータ16は燃焼発電状態や発電休止状態に制御される。

スタータジェネレータ16を回生発電状態に制御する際には、スタータジェネレータ16の発電電圧が、バッテリ61,62や電気機器73等の耐電圧を超えない範囲で引き上げられる。これにより、図9に黒塗りの矢印で示すように、スタータジェネレータ16から、リチウムイオンバッテリ62や鉛バッテリ61に対して大きな電流が供給され、リチウムイオンバッテリ62や鉛バッテリ61を急速に充電することができる。なお、リチウムイオンバッテリ62の内部抵抗は、鉛バッテリ61の内部抵抗よりも小さいことから、発電電流の多くはリチウムイオンバッテリ62に供給される。

図7〜図9に示すように、スタータジェネレータ16を燃焼発電状態、回生発電状態および発電休止状態に制御する際に、スイッチSW1,SW2は導通状態に保持される。つまり、スイッチSW1,SW2の切替制御を行うことなく、スタータジェネレータ16の発電電圧を制御するだけで、リチウムイオンバッテリ62の充放電を制御することが可能である。これにより、簡単にリチウムイオンバッテリ62の充放電を制御することができ、スイッチSW1,SW2の耐久性を向上させることができる。

また、図10に示すように、スタータジェネレータ16を力行状態に制御する際には、スイッチSW1が導通状態から遮断状態に切り替えられる。つまり、スタータジェネレータ16によってエンジン12を始動回転させる場合や、スタータジェネレータ16によってエンジン12をアシスト駆動する場合には、スイッチSW1が導通状態から遮断状態に切り替えられる。これにより、リチウムイオンバッテリ62からスタータジェネレータ16に対して大電流が供給される場合であっても、電気機器73等に対する瞬間的な電圧低下を防止することができ、電気機器73等を正常に機能させることができる。

[回生発電制御] 前述したように、車両11のエネルギー効率を高めて燃費性能を向上させる観点から、コースト走行等の減速走行時においては、スタータジェネレータ16を回生発電状態に制御することにより、多くの運動エネルギーを電気エネルギーに変換して回収している。以下、メインコントローラ80によって実行される減速走行時の回生発電制御について説明する。図11は回生発電制御における各種装置の作動状況の一例を示すタイミングチャートである。なお、図11に示される減速走行は、アクセルペダルおよびブレーキペダルの踏み込みが解除されるコースト走行である。また、図11に示した「ISG」は、スタータジェネレータ16を意味している。

図11に時刻t1で示すように、アクセルペダルの踏み込みが解除されるコースト走行時には、エンジン12が燃料カット状態に制御され(符号a1)、スタータジェネレータ16が回生発電状態に制御され(符号b1)、ロックアップクラッチ21が締結状態に制御される(符号c1)。このように、回生発電が実施されるコースト走行時には、ロックアップクラッチ21が締結状態に制御される。これにより、車輪20からスタータジェネレータ16に効率良く回転力を伝達することができるため、スタータジェネレータ16の回生トルクつまり発電トルクを高めることができ、コースト走行時の発電電力を増加させることができる。

また、図11に時刻t1で示すように、回生発電が実施されるコースト走行時には、吸気バルブ40および排気バルブ41のバルブタイミングが高効率領域で制御される(符号d1)。つまり、コースト走行時には、エンジン12のバルブタイミングが、図3および図4に示した高効率領域(領域A1〜A4)で制御される。このように、エンジン12を高効率領域で制御することにより、エンジン12の吸入空気量を増加させることができ、エンジン12のポンプ損失を減少させることができる。これにより、コースト走行時のエンジンブレーキを減らすことができるため、車両減速度を過度に増加させずに発電トルクを増やすことができ、乗員に違和感を与えることなく発電電力を増加させることができる。

さらに、図11に時刻t1で示すように、回生発電が実施されるコースト走行時には、スロットルバルブ31が開き側に制御される(符号e1)。なお、スロットルバルブ31の開き側とは、スロットル開度が所定値αを上回る側を意味しており、スロットルバルブ31の閉じ側とは、スロットル開度が所定値αを下回る側を意味している。前述したように、コースト走行時にスロットルバルブ31を開き側に制御することにより、エンジン12の吸入空気量を増加させることができ、エンジン12のポンプ損失を減少させることができる。これにより、コースト走行時のエンジンブレーキを減らすことができるため、車両減速度を過度に増加させずに発電トルクを増やすことができ、乗員に違和感を与えることなく発電電力を増加させることができる。なお、符号b2で示すように、スタータジェネレータ16を回生発電させる際には、車両減速度が過度に増加することのないように、車速低下に応じて発電トルクが徐々に引き下げられる。

図11に時刻t2で示すように、ロックアップクラッチ21が締結状態から解放状態に切り替えられると(符号c2)、吸気バルブ40および排気バルブ41のバルブタイミングが低効率領域で制御される(符号d2)。つまり、ロックアップクラッチ21が解放されると、エンジン12のバルブタイミングが、図3および図4に示した低効率領域(領域A5〜A8)で制御される。また、図11に時刻t2で示すように、ロックアップクラッチ21が締結状態から解放状態に切り替えられると(符号c2)、スロットルバルブ31が閉じ側に制御される(符号e2)。なお、図示する例では、スロットルバルブ31を閉じ側に制御する際に、スロットルバルブ31を全閉位置まで閉じているが、これに限られることはなく、スロットル開度が所定値αを下回る範囲でスロットルバルブ31を開いても良い。また、減速走行時にロックアップクラッチ21が解放される条件としては、車速が所定値を下回ること、車両減速度が所定値を上回ること、エンジン回転数が所定値を下回ること等があるが、これらの条件に限られることはない。

続いて、図11に時刻t3で示すように、エンジン回転数が所定の下限値βに到達すると(符号f1)、エンジンストールを防止する観点からエンジン12に対する燃料噴射が再開される(符号a2)。つまり、エンジン回転数が低下して下限値βに到達した場合には、エンジン12が燃料カット状態から燃料噴射状態に切り替えられる。このように、エンジン12に対する燃料噴射が再開されると、車両11を加速させる方向にエンジントルクが出力されるため、車両減速度を減少させて乗員に違和感を与えてしまう虞がある。

しかしながら、前述したように、ロックアップクラッチ21が解放された場合には、バルブタイミングが高効率領域から低効率領域に切り替えられる(符号d2)。これにより、燃料噴射の再開に備えてエンジン12の吸入空気量を減少させることができるため、燃料噴射によって出力されるエンジントルクを小さく抑えることができ、乗員に違和感を与えることなく燃料噴射を再開することができる。さらに、ロックアップクラッチ21が解放された場合には、符号e2で示すように、スロットルバルブ31が開き側から閉じ側に制御される。これにより、燃料噴射の再開に備えてエンジン12の吸入空気量を減少させることができるため、燃料噴射によって出力されるエンジントルクを小さく抑えることができ、乗員に違和感を与えることなく燃料噴射を再開することができる。なお、エンジン12の燃料噴射を再開する際には、エンジン12の点火時期を遅らせる点火遅角制御を実行しても良い。この点火遅角制御を実行することにより、更にエンジントルクを抑制することが可能である。

また、図11に時刻t3で示すように、エンジン12の燃料噴射が再開されると、吸気バルブ40や排気バルブ41のバルブタイミングは、エンジン回転数、車速、スロットル開度等に基づき通常制御される(符号d3)。つまり、バルブタイミングの低効率領域における制御は、エンジン12に対する燃料噴射が再開されるまで継続される。これにより、エンジン12に対する燃料噴射の再開される迄に、エンジン12の吸入空気量を十分に減少させることができ、燃料噴射の再開に伴って出力されるエンジントルクを抑制することができる。

これまで説明したように、減速走行時にロックアップクラッチ21が締結状態から解放状態に切り替えられた場合には、バルブタイミングが高効率領域から低効率領域に切り替えて制御される。これにより、燃料噴射の再開に備えてエンジン12の吸入空気量を減少させることができるため、図11に矢印f2で示すように、燃料噴射の再開に伴うエンジン回転数の吹け上がりを抑えることができる。すなわち、回生発電時の発電電力を確保する観点から、減速走行時にバルブタイミングを高効率領域に制御していた場合であっても、燃料噴射の再開に備えて吸入空気量を減少させることができるため、燃料噴射の再開に伴って出力されるエンジントルクを小さく抑えることができる。

[高効率領域および低効率領域の他の例] 前述の説明では、バルブタイミングの高効率領域として、エンジン12の充填効率を所定の閾値Xよりも上げる領域A1〜A4を設定し、バルブタイミングの低効率領域として、エンジン12の充填効率を所定の閾値Xよりも下げる領域A5〜A8を設定しているが、これに限られることはない。ここで、図12は高効率領域および低効率領域の他の例を示す図である。なお、図12において、図3に示される領域と同一の領域には同一の符号が付されている。図12に示すように、バルブタイミングの低効率領域として、エンジン12の充填効率を所定の第1閾値X1よりも下げる領域A7,A8を設定しても良く、バルブタイミングの高効率領域として、エンジン12の充填効率を第1閾値X1よりも高効率側の第2閾値X2よりも上げる領域A1,A2を設定しても良い。図12に示すように、高効率領域や低効率領域を離して設定した場合であっても、前述した各種効果と同様の効果を得ることができる。

また、前述の説明では、図3に示した例を挙げて、バルブタイミングの高効率領域や低効率領域を説明しているが、高効率領域や低効率領域の例としては、図3に示した例に限られることはない。ここで、図13および図14は、バルブタイミングと充填効率との関係の他の例を示す図である。図13および図14において、図3に示した高効率領域A1と同じ充填効率を示す領域には同一の符号A1が付されており、図3に示した低効率領域A8と同じ充填効率を示す領域には同一の符号A8が付されている。

図13(a)にはスロットル開度が10°であり且つエンジン回転数が1000rpmである場合の充填効率の各領域が示され、図13(b)にはスロットル開度が10°であり且つエンジン回転数が3000rpmである場合の充填効率の各領域が示され、図13(c)にはスロットル開度が10°であり且つエンジン回転数が5000rpmである場合の充填効率の各領域が示されている。また、図14(a)にはスロットル開度が5°であり且つエンジン回転数が1000rpmである場合の充填効率の各領域が示され、図14(b)にはスロットル開度が5°であり且つエンジン回転数が3000rpmである場合の充填効率の各領域が示され、図14(c)にはスロットル開度が5°であり且つエンジン回転数が5000rpmである場合の充填効率の各領域が示されている。

図13および図14に示すように、高効率領域A1や低効率領域A8は、スロットル開度に応じて変化する領域であり、エンジン回転数に応じて変化する領域である。つまり、エンジン12を高効率領域A1や低効率領域A8に制御する場合に、吸気バルブ40のバルブタイミングの制御目標は一義的に決定されるものではなく、排気バルブ41のバルブタイミングの制御目標は一義的に決定されるものではない。すなわち、エンジン12を高効率領域A1や低効率領域A8に制御する場合に、吸気バルブ40や排気バルブ41のバルブタイミングの制御目標は、スロットル開度やエンジン回転数等に基づき決定される目標値となっている。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。前述の説明では、可変動弁機構42として、吸気バルブ40および排気バルブ41のバルブタイミングを変化させる可変動弁機構42を用いているが、これに限られることはない。例えば、吸気バルブ40のバルブタイミングだけを制御する可変動弁機構であっても良く、排気バルブ41のバルブタイミングだけを制御する可変動弁機構であっても良い。このように、吸気バルブ40のバルブタイミングだけを制御する場合であっても、エンジン12を高効率領域や低効率領域に制御することが可能であり、排気バルブ41のバルブタイミングだけを制御する場合であっても、エンジン12を高効率領域や低効率領域に制御することが可能である。また、可変動弁機構42としては、吸気バルブ40や排気バルブ41のリフト量や作動角を変化させるものであっても良い。

前述の説明では、車両11の減速走行として惰性走行であるコースト走行を例示しているが、これに限られることはない。例えば、ブレーキペダルを踏み込みながら減速する減速走行時に、ロックアップクラッチ21が解放されるタイミングで、バルブタイミングを高効率領域から低効率領域に切り替えても良い。また、前述の説明では、発電機としてスタータジェネレータ16を採用しているが、これに限られることはなく、電動機として使用されないジェネレータを採用しても良い。また、前述の説明では、メインコントローラ80に、発電機制御部81、スロットル制御部82、バルブタイミング制御部83、クラッチ制御部84、インジェクタ制御部85、および点火制御部86を組み込んでいるが、これらの制御部を、他のコントローラに組み込んでも良く、複数のコントローラに分けて組み込んでも良い。

図示するエンジン12は水平対向エンジンであるが、これに限られることはなく、他の形式のエンジンであっても良い。また、前述の説明では、スタータジェネレータ16に対して2つの蓄電体を接続しているが、これに限られることはなく、スタータジェネレータ16に対して1つの蓄電体を接続しても良い。また、前述の説明では、スタータジェネレータ16に接続される蓄電体として鉛バッテリ61やリチウムイオンバッテリ62を採用しているが、これに限られることはなく、他の種類のバッテリやキャパシタを採用しても良い。また、図1および図5に示した例では、リチウムイオンバッテリ62の正極ライン64にスイッチSW2を設けているが、これに限られることはない。例えば、図5に一点鎖線で示すように、リチウムイオンバッテリ62の負極ライン68にスイッチSW2を設けても良い。

10 車両用制御装置 12 エンジン 16 スタータジェネレータ(発電機) 21 ロックアップクラッチ 31 スロットルバルブ 40 吸気バルブ 41 排気バルブ 82 スロットル制御部 83 バルブタイミング制御部 A1〜A4 領域(高効率領域) A5〜A8 領域(低効率領域) X 閾値 X1 第1閾値 X2 第2閾値