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JP2009208746A - Vibration control device for engine in hybrid car - Google Patents

Vibration control device for engine in hybrid car Download PDF

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JP2009208746A
JP2009208746A JP2008056773A JP2008056773A JP2009208746A JP 2009208746 A JP2009208746 A JP 2009208746A JP 2008056773 A JP2008056773 A JP 2008056773A JP 2008056773 A JP2008056773 A JP 2008056773A JP 2009208746 A JP2009208746 A JP 2009208746A
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Japan
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engine
crank angle
crank
angle
vibration control
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JP2008056773A
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Japanese (ja)
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Yasuyuki Asahara
康之 浅原
Shinichiro Shiraki
伸一郎 白木
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the vibration of an engine when the engine starts and stops in a hybrid car. <P>SOLUTION: When the engine stops, the torque command value of the engine is calculated based on a crank angle, crank angular acceleration, and target stop crank angle, to control an engine (S1 to S5), and the torque command value of a motor is calculated based on the torque command value and estimated torque of the engine, to control the motor. Thus, engine roll vibration is reduced when the engine stops by canceling engine torque fluctuation by motor torque, and to reduce engine roll vibration when the engine starts by stopping the engine at the target stop crank angle. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、エンジン(内燃機関)とモータ(電動機)とを原動機とするハイブリッド車において、始動時と停止時におけるエンジンの振動を抑制する技術に関する。   The present invention relates to a technique for suppressing engine vibration at the time of start and stop in a hybrid vehicle having an engine (internal combustion engine) and a motor (electric motor) as prime movers.

特許文献1には、ハイブリッド車において、エンジンの運転停止時に、エンジン回転速度が所定値に達したときのクランク角に基づいて、モータのトルク指令の変動パターンを設定して目標停止位置に停止させようとした技術が開示されている。例えば、前記クランク角が所定範囲内のときは標準パターンとし、所定範囲より大きいときは、エンジン回転を抑制するパターン、所定範囲より小さいときはエンジン回転を促進するパターンなどに設定し、該パターンに従ってモータのトルクを制御する。
特開2005−42560号
In Patent Document 1, in a hybrid vehicle, when the engine is stopped, a variation pattern of a motor torque command is set based on a crank angle when the engine rotation speed reaches a predetermined value, and the hybrid vehicle is stopped at a target stop position. Such a technique is disclosed. For example, a standard pattern is set when the crank angle is within a predetermined range, a pattern for suppressing engine rotation is set when the crank angle is larger than the predetermined range, and a pattern for promoting engine rotation is set when the crank angle is smaller than the predetermined range. Control motor torque.
JP 2005-42560 A

しかし、特許文献1では、所定のエンジン回転速度に達したときのクランク角により、その後のトルクパターンを決定してしまうオープン制御であるため、正確な目標停止位置に停止させることが困難であった。   However, in Patent Document 1, since it is open control that determines the subsequent torque pattern based on the crank angle when the predetermined engine rotation speed is reached, it is difficult to stop at an accurate target stop position. .

また、エンジン水温等によるエンジンフリクションの変化に対応できず、さらに、エンジン停止時にエンジンマウントの共振点を通過することによる振動悪化を低減することができないなどの問題があった。   In addition, there is a problem in that it cannot cope with changes in engine friction due to engine water temperature or the like, and further, deterioration of vibration due to passing through the resonance point of the engine mount cannot be reduced when the engine is stopped.

本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、エンジン停止時の振動を良好に抑制しつつ、目標クランク角に精度よく停止させることにより、始動時の振動も良好に抑制できるようにすることを目的とする。   The present invention has been made by paying attention to such a conventional problem, and by suppressing the vibration at the time of stopping the engine well, by accurately stopping at the target crank angle, the vibration at the time of starting is also suppressed well. The purpose is to be able to.

このため、本発明は、
エンジン停止時に、目標停止クランク角度を設定し、
エンジンのクランク角度、クランク角速度、クランク角加速度を検出または推定し、
前記クランク角度、クランク角速度、クランク角加速度と、目標停止クランク角度とに基づいて、エンジンのトルク指令値を算出してエンジンを制御し、
エンジントルクを推定し、
前記エンジンのトルク指令値と推定トルクとに基づいてモータのトルク指令値を算出してモータを制御することを特徴とする。
For this reason, the present invention
Set the target stop crank angle when the engine stops,
Detect or estimate engine crank angle, crank angular speed, crank angular acceleration,
Based on the crank angle, crank angular speed, crank angular acceleration, and target stop crank angle, engine torque command value is calculated to control the engine,
Estimate the engine torque,
The motor is controlled by calculating the torque command value of the motor based on the torque command value of the engine and the estimated torque.

エンジン停止時に、前記検出または推定したエンジンのクランク角度、クランク角速度、クランク角加速度と、目標停止クランク角度とに基づいて、エンジン制御と、該エンジン制御に応じたトルク制御を行うことにより、停止時の振動を良好に抑制しつつ、目標停止クランク角度に精度よく停止させることにより、始動時の振動も良好に抑制することができる。   When the engine is stopped, engine control and torque control corresponding to the engine control are performed based on the detected or estimated engine crank angle, crank angular speed, crank angular acceleration, and target stop crank angle. The vibration at the time of starting can also be suppressed satisfactorily by accurately stopping at the target stop crank angle while suppressing the vibration at the same time.

図1は、本発明が適用されるハイブリッド車用のパワートレインの一例を示す。
エンジン(例えばディーゼルエンジン)1の出力軸が、モータ2に連結され、モータ2の出力軸がトルクコンバータ付の自動変速機3に連結されている。
FIG. 1 shows an example of a power train for a hybrid vehicle to which the present invention is applied.
An output shaft of an engine (for example, a diesel engine) 1 is connected to a motor 2, and an output shaft of the motor 2 is connected to an automatic transmission 3 with a torque converter.

また、エンジン1は、マウント4を介して、車体に支持されている。
前記コントローラ5には、各種センサ類からの信号を入力し、該信号に基づいてエンジン1およびモータ2の制御を行うが、本発明に関する信号として、エンジン1のクランク角を検出するクランク角センサ6からのクランク角信号の入力のみを図示する。
The engine 1 is supported on the vehicle body via the mount 4.
The controller 5 receives signals from various sensors and controls the engine 1 and the motor 2 based on the signals. A crank angle sensor 6 for detecting the crank angle of the engine 1 is used as a signal related to the present invention. Only the input of the crank angle signal from is shown.

上記システム構成において、エンジン始動・停止時には、エンジン回転速度Neがエンジンマウント共振周波数を通過することにより、エンジンロール振動が悪化し、それがマウント4を介して車体に伝達され、車体振動が悪化する。   In the above system configuration, when the engine is started / stopped, the engine rotational speed Ne passes through the engine mount resonance frequency, so that the engine roll vibration is deteriorated, which is transmitted to the vehicle body via the mount 4, and the vehicle body vibration is deteriorated. .

エンジン始動時には、図2に示すように、その初期クランク角度(停止したときのクランク角度)により振動レベルが変化し、最適な初期クランク角度が存在する。
特にディーゼルエンジンの場合には、図3に点線で示すように、高圧縮比、スロットルレスのためトルク変動が大きく、振動悪化が大きくなる。特に停止時は、スロットルレスのため悪化が大きい。
When the engine is started, as shown in FIG. 2, the vibration level changes depending on the initial crank angle (crank angle when stopped), and an optimum initial crank angle exists.
In particular, in the case of a diesel engine, as indicated by a dotted line in FIG. 3, torque fluctuation is large and vibration deterioration is large because of a high compression ratio and no throttle. Especially when the vehicle is stopped, it is much worse because it is throttle-less.

ガソリンエンジンでは、振動低減のために、吸気閉弁時期を遅角化するデコンプ機構を用いるが、ディーゼルエンジンでは応答性やHC悪化のため、採用は困難である。
従ってエンジン停止時に、モータ2により最適なクランク角度に停止させる停止位置制御と、エンジンのトルク変動をモータトルクでキャンセルする制振制御を同時に行う必要がある。
In a gasoline engine, a decompression mechanism that retards the intake valve closing timing is used to reduce vibration. However, a diesel engine is difficult to adopt due to responsiveness and HC deterioration.
Therefore, when the engine is stopped, it is necessary to simultaneously perform stop position control for stopping the motor 2 at an optimal crank angle and vibration suppression control for canceling engine torque fluctuation with motor torque.

以下、第1実施形態におけるエンジン停止時の制御を、図4のフローを参照しながら説明する。
エンジン停止指令があると、図5に示すように、目標停止クランク角度θtをエンジン停止指令時のクランク角度の次の上死点を0とし、所定の角度(6気筒エンジンで1010°)後の角度として決定する(S1〜S3)。
Hereinafter, control when the engine is stopped in the first embodiment will be described with reference to the flow of FIG.
When there is an engine stop command, as shown in FIG. 5, the target top crank angle θt is set to 0 as the top dead center next to the crank angle at the time of engine stop command, and after a predetermined angle (1010 ° for a 6-cylinder engine). The angle is determined (S1 to S3).

前記目標停止クランク角度θtは、そのクランク角度θtで停止するように制御すると、該停止時のクランク角度を初期クランク角度として始動したときにも振動を抑制できるクランク角度として設定される。   When the target stop crank angle θt is controlled to stop at the crank angle θt, the target stop crank angle θt is set as a crank angle that can suppress vibration even when the crank angle at the time of the stop is started as the initial crank angle.

前記クランク角センサ7で検出したクランク角度θから、オブザーバにより、クランク角速度、クランク角加速度を推定する(S4,図6参照)。
From the crank angle θ detected by the crank angle sensor 7, the crank angular velocity and crank angular acceleration are estimated by an observer (S4, see FIG. 6).

Figure 2009208746
Figure 2009208746


前記オブザーバで推定したクランク角速度、クランク角度θ−目標停止クランク角度θt、クランク角度θ−目標停止クランク角度θtの積分値にゲインを乗じて、停止位置制御に関してのエンジン1へのトルク指令値Tpを算出して出力する。ゲインは後述するようにLQ制御理論に基づき決定する(S5)。   A torque command value Tp to the engine 1 relating to stop position control is obtained by multiplying the integral value of the crank angular velocity, crank angle θ−target stop crank angle θt, and crank angle θ−target stop crank angle θt estimated by the observer with a gain. Calculate and output. The gain is determined based on the LQ control theory as described later (S5).

前記クランク角加速度と、1ステップ前のモータトルクTmとに基づいて、次式によりエンジン1の実トルクTeを推定する(S6)。
Based on the crank angular acceleration and the motor torque Tm one step before, the actual torque Te of the engine 1 is estimated by the following equation (S6).

Figure 2009208746
Figure 2009208746


エンジン1へのトルク指令値Tpと、推定した実トルクTeとの差(=Tp−Te)をモータ2へのトルク指令値Tmとして出力する(S7)。
エンジン回転速度Neが低下し、所定回転速度(例えば、50rpm)以下となったときに、その時点でのクランク角度θt1が目標停止クランク角度θtの前後に設定した2つの角度で挟まれる所定範囲内、例えば、目標停止クランク角度の前の上死点から、後の上死点までの範囲にあれば、目標停止クランク角度を変更することなく、上記制御を遂行する。
The difference (= Tp−Te) between the torque command value Tp for the engine 1 and the estimated actual torque Te is output as the torque command value Tm for the motor 2 (S7).
When the engine rotation speed Ne decreases and becomes equal to or less than a predetermined rotation speed (for example, 50 rpm), a predetermined range in which the crank angle θ t1 at that time is sandwiched between two angles set before and after the target stop crank angle θt Among these, for example, if it is in the range from the top dead center before the target stop crank angle to the top dead center after, the above control is performed without changing the target stop crank angle.

一方、前記所定回転速度以下となった時点t1でのクランク角度θt1が、前記所定範囲内から外れているときは、目標停止クランク角度を以下のように変更する(S8〜S10)。 Meanwhile, the predetermined crank angle at the rotational speed or less and since the time t1 theta t1 is, when is out of the predetermined range, changes the target stop crank angle as follows (S8 to S10).

初めの目標停止クランク角度を、例えば、6気筒エンジンにおいて、1010°に設定した場合、その前の上死点からの相対角度は50°であり、その後の上死点からの相対角度は120°−50°(=70°)である。ここで、任意の上死点に対して、上死点に対する相対角度が目標停止クランク角度と同一であるクランク角度は、120n+50で表され、その前後の上死点は、120n、120(n+1)である。   For example, when the initial target stop crank angle is set to 1010 ° in a 6-cylinder engine, the relative angle from the top dead center before that is 50 °, and the relative angle from the top dead center after that is 120 °. It is −50 ° (= 70 °). Here, with respect to an arbitrary top dead center, a crank angle whose relative angle to the top dead center is the same as the target stop crank angle is represented by 120n + 50, and the top dead centers before and after the crank angle are 120n, 120 (n + 1). It is.

そこで、前記クランク角度θt1を挟む前後の上死点120m、120(m+1)に対し、目標停止クランク角度θtを、(120m+50)に変更する。
具体的には、クランク角度θt1が、840°から960°の範囲にあった場合には、1010°−120°=890°に変更し、960°から1080°の範囲にあった場合には、変更せず、1080°から1200°の範囲にあった場合は、1010°+120°=1130°に変更する。
Therefore, the target stop crank angle θt is changed to (120 m + 50) with respect to top dead centers 120 m and 120 (m + 1) before and after sandwiching the crank angle θ t1 .
Specifically, when the crank angle θ t1 is in the range of 840 ° to 960 °, the crank angle θ t1 is changed to 1010 ° −120 ° = 890 °, and when the crank angle θ t1 is in the range of 960 ° to 1080 °. If it is in the range of 1080 ° to 1200 ° without being changed, it is changed to 1010 ° + 120 ° = 1130 °.

そして、検出したクランク角度と、目標停止クランク角度との差が所定値(例えば、1°)以下となり、この状態が所定時間(例えば、10秒)経過すると、制御を停止する(S11,S12)。   Then, the difference between the detected crank angle and the target stop crank angle becomes a predetermined value (for example, 1 °) or less, and when this state elapses for a predetermined time (for example, 10 seconds), the control is stopped (S11, S12). .

このようにして、停止時にエンジントルクの変動を、モータ2のトルクTm(=Tp−Te)で相殺して停止時の振動を低減しながら、目標停止クランク角度θtに正確に近づけることができ、次に始動するときの振動も低減することができる。   In this way, fluctuations in the engine torque at the time of stopping can be accurately approximated to the target stop crank angle θt while canceling out the vibration at the time of stopping by offsetting the torque Tm (= Tp−Te) of the motor 2, The vibration when starting next time can also be reduced.

図3に、始動時及び停止時の振動低減効果を、本制御を行わない場合と比較して示す。
次に、本実施形態の前記フィードバック制御におけるゲイン算出に至る状態空間モデルの形成について説明する。
FIG. 3 shows the vibration reduction effect at the time of start and stop as compared with the case where this control is not performed.
Next, formation of a state space model leading to gain calculation in the feedback control of the present embodiment will be described.

システムモデルとして、クランク軸+モータ回転系の運動方程式が、次式のように示される。
As a system model, the equation of motion of the crankshaft + motor rotation system is shown as follows.

Figure 2009208746
Figure 2009208746


出力をθとし、これを状態空間表現すると、
If the output is θ and this is expressed in the state space,

Figure 2009208746
Figure 2009208746



(2),(3)式に、積分項を追加し、出力を変更すると、
When an integral term is added to (2) and (3) and the output is changed,

Figure 2009208746
Figure 2009208746



この状態空間モデルに対して、現代制御理論のLQ制御理論に基づきゲインを設定する。
次に、第2の実施形態について説明する。
For this state space model, a gain is set based on the LQ control theory of the modern control theory.
Next, a second embodiment will be described.

本実施形態では、クランク角度の検出以外に、エンジン本体のロール加速度(エンジン本体のクランク軸周りの回転角加速度)を検出して制御に用いる。
このため、図7に示すように、エンジン1の上端と下端とにそれぞれ横加速度センサ7,8を装着し、それぞれで検出された横加速度の差を、センサ7,8間距離で除することにより、ロール加速度を検出する。
In this embodiment, in addition to detecting the crank angle, the roll acceleration of the engine body (rotational angular acceleration around the crankshaft of the engine body) is detected and used for control.
For this reason, as shown in FIG. 7, the lateral acceleration sensors 7 and 8 are attached to the upper end and the lower end of the engine 1, respectively, and the difference between the detected lateral accelerations is divided by the distance between the sensors 7 and 8. Thus, roll acceleration is detected.

このようにして検出したロール加速度を用いて、下記のようにオブザーバを構成する。
本実施形態では、システムモデルとして、エンジン本体+クランク軸+モータ回転系の運動方程式として次式のように表すことができる。
Using the roll acceleration detected in this way, an observer is configured as follows.
In the present embodiment, the system model can be expressed as the following equation as an equation of motion of the engine body + crankshaft + motor rotation system.

Figure 2009208746
Figure 2009208746





(7),(8)式を書き直して、

Rewrite equations (7) and (8)

Figure 2009208746
Figure 2009208746


これを離散化したものについて、現代制御理論に基づきオブザーバを構成すると、

For the discretization of this, if you construct an observer based on modern control theory,

Figure 2009208746
Figure 2009208746


(12)式を、


(12)


Figure 2009208746
Figure 2009208746





と書き直し、加速度、積分の推定を加えると、



When rewriting and adding the estimation of acceleration and integral,



Figure 2009208746
Figure 2009208746

この推定値とゲインより、モータ2のトルク指令値を求める。
A torque command value of the motor 2 is obtained from this estimated value and gain.

Figure 2009208746
Figure 2009208746



本第2の実施形態のように、エンジン本体のロール加速度を検出して、用いることにより、オブザーバによるクランク角速度、クランク角加速度の推定精度が向上し、検出信号にノイズが含まれるような場合でも、精度よくこれらの値を推定することができる。   As in the second embodiment, by detecting and using the roll acceleration of the engine body, the estimation accuracy of the crank angular velocity and crank angular acceleration by the observer is improved, and even when the detection signal includes noise. These values can be estimated with high accuracy.

本発明の実施形態に係るハイブリッド車のシステム構成を示す図。1 is a diagram showing a system configuration of a hybrid vehicle according to an embodiment of the present invention. 始動時におけるクランク角度とエンジンロール振動との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the crank angle at the time of a start, and an engine roll vibration. 始動時及び停止時の振動低減効果を、本発明に係る制御を行わない場合と比較して示す図。The figure which shows the vibration reduction effect at the time of a start and a stop compared with the case where the control which concerns on this invention is not performed. 同上の本発明にかかる制御のフローチャート。The flowchart of the control concerning the present invention same as the above. 目標停止クランク角度の設定方法を示す図。The figure which shows the setting method of a target stop crank angle. 第1の実施形態の制御ブロック図。The control block diagram of 1st Embodiment. 第2の実施形態に用いるセンサの設置箇所を示す図。The figure which shows the installation location of the sensor used for 2nd Embodiment. 第2の実施形態の制御ブロック図。The control block diagram of 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 エンジン
2 モータ
3 自動変速機
4 マウント
5 コントローラ
7 クランク角センサ
1 Engine 2 Motor 3 Automatic transmission 4 Mount 5 Controller 7 Crank angle sensor

Claims (8)

エンジンとモータとを原動機とするハイブリッド車におけるエンジンの振動制御装置において、
エンジン停止時に、目標停止クランク角度を設定し、
エンジンのクランク角度、クランク角速度、クランク角加速度を検出または推定し、
前記クランク角度、クランク角速度、クランク角加速度と、目標停止クランク角度とに基づいて、エンジンへのトルク指令値を算出してエンジンを制御し、
エンジンの実トルクを推定し、
前記エンジンへのトルク指令値と、推定した実トルクとに基づいて、モータへのトルク指令値を算出してモータを制御することを特徴とするハイブリッド車におけるエンジンの振動制御装置。
In an engine vibration control device in a hybrid vehicle using an engine and a motor as a prime mover,
Set the target stop crank angle when the engine stops,
Detect or estimate engine crank angle, crank angular speed, crank angular acceleration,
Based on the crank angle, crank angular speed, crank angular acceleration, and target stop crank angle, a torque command value to the engine is calculated to control the engine,
Estimate the actual torque of the engine,
An engine vibration control apparatus for a hybrid vehicle, which controls a motor by calculating a torque command value for a motor based on a torque command value for the engine and an estimated actual torque.
前記エンジンのトルク指令値の算出に、目標停止クランク角度とクランク角度との偏差の積分分を含むことを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド車におけるエンジンの振動制御装置。   2. The engine vibration control apparatus for a hybrid vehicle according to claim 1, wherein the calculation of the torque command value of the engine includes an integral part of a deviation between a target stop crank angle and a crank angle. 前記クランク角度を検出し、該クランク角度の検出値に基づいて、クランク角速度、クランク角加速度を推定することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のハイブリッド車におけるエンジンの振動制御装置。   3. The engine vibration control apparatus according to claim 1, wherein the crank angle is detected, and a crank angular velocity and a crank angular acceleration are estimated based on a detected value of the crank angle. 4. 前記クランク角度と、エンジン本体のクランク軸周りの回転角加速度と、を検出し、これらクランク角度と回転角加速度の検出値に基づいて、クランク角速度とクランク角加速度を推定することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載のハイブリッド車におけるエンジンの振動制御装置。   The crank angular velocity and the crank angular acceleration are estimated based on detected values of the crank angle and the rotational angular acceleration around the crankshaft of the engine body, and the detected values of the crank angle and the rotational angular acceleration. The vibration control device for an engine in the hybrid vehicle according to any one of claims 1 to 3. 前記エンジンの実トルクを、クランク角加速度と、1回前に算出されたモータのトルク指令値とに基づいて推定することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1つに記載のハイブリッド車におけるエンジンの振動制御装置。   The actual torque of the engine is estimated based on a crank angular acceleration and a motor torque command value calculated one time before. Engine vibration control device for hybrid vehicles. 前記目標停止クランク角は、エンジン停止指令を受けた時点の次に来る上死点に対して、第1の所定角度先に設定することを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1つに記載のハイブリッド車におけるエンジンの振動制御装置。   6. The target stop crank angle is set to a first predetermined angle ahead of a top dead center that comes after the time when an engine stop command is received. The vibration control device for the engine in the hybrid vehicle described in 1. 前記目標停止クランク角の前後に第2、第3の所定角度を設定し、エンジン回転速度が所定値以下となった時点で、クランク角が前記第2の所定角度と第3の所定角度との間に存在しなかった場合、目標停止クランク角度を、上死点に対する相対角度が同じで、それに対する第2の所定角度と第3の所定角度との間に現在のクランク角が含まれている角度に設定することを特徴とする請求項6に記載のハイブリッド車におけるエンジンの振動制御装置。   The second and third predetermined angles are set before and after the target stop crank angle, and when the engine speed becomes a predetermined value or less, the crank angle is set between the second predetermined angle and the third predetermined angle. Otherwise, the target crank angle is the same relative to the top dead center, and the current crank angle is included between the second predetermined angle and the third predetermined angle. The engine vibration control device for a hybrid vehicle according to claim 6, wherein the vibration control device is set to an angle. 前記第2の所定角度は、現在のクランク角の直前で上死点となる角度、第3の所定角度は、現在のクランク角の直後で上死点となる角度であることを特徴とする請求項7に記載のハイブリッド車におけるエンジンの振動制御装置。   The second predetermined angle is an angle that becomes a top dead center immediately before the current crank angle, and the third predetermined angle is an angle that becomes a top dead center immediately after the current crank angle. Item 8. A vibration control device for an engine in a hybrid vehicle according to Item 7.
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