(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、このエンジンの出力軸に連結されたトルク変換手段と、このトルク変換手段のエンジン側の回転軸に結合された第一電動発電機と、このトルク変換手段の駆動車軸側に結合された第二電動発電機と、電池と、この電池にその直流端子が接続され前記第一電動発電機および前記第二電動発電機にそれぞれ交流端子が接続されたインバータと、前記エンジンの出力軸の回転情報および前記第一電動発電機の回転情報ならびに前記第二電動発電機の回転情報を取込み前記インバータが前記二つの電動発電機の界磁巻線にそれぞれ供給する交流位相を制御する制御回路とを備え、この制御回路は前記エンジンのあらかじめ設定された回転速度に対する出力トルクについての第一の動作ラインを維持するように制御する手段を含むハイブリッド自動車において、
前記制御回路には、前記エンジンの排気管路に設けられた触媒を浄化するために燃料に対する空気混合比率の変更情報を取込み、その変更情報にしたがって前記エンジンについて前記第一の動作ラインより回転速度の小さい点にあらかじめ設定された第二の動作ラインを維持するようにその制御を変更する手段を備えたことを特徴とするハイブリッド自動車。
【請求項２】
前記トルク変換手段はプラネタリギヤである請求項１記載のハイブリッド自動車。
【請求項３】
前記プラネタリギヤのキャリア・ギヤに前記エンジンの出力軸が連結され、このプラネタリギヤのサン・ギヤに前記第一電動発電機の回転子が連結され、このプラネタリギヤのリング・ギヤに前記第二電動発電機の回転子が連結された請求項４記載のハイブリッド自動車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はハイブリッド自動車の動作モードの改良に関する。本発明は、一つの内燃機関によるエンジンと、二つの電動発電機と、この二つの電動発電機の間に設けた一つのトルク変換手段（具体例としてプラネタリギヤ）との組み合わせにより、車両の走行車軸を回転駆動し、また走行車軸の回転駆動力もしくはエンジンの回転駆動力により電気エネルギを発生させ、電池に蓄積させるハイブリッド自動車の改良に関する。とくに、エンジンの排気通路に設けた排気ガス浄化用触媒に対する制御に伴う動作モードの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
はじめに、一つのエンジンと、二つの電動発電機と、一組のプラネタリギヤとの組み合わせによるハイブリッド自動車について、その構成および動作の概要を説明する。この構成は特開平７−１３５７０１号公報（出願人：  エクォス・リサーチ）に開示された技術に関連するものである。
【０００３】
図１を参照して、車両のシャシに取り付けられたエンジン１の出力軸は、プラネタリギヤ２のキャリア・ギヤＣに固定的に連結されている。このプラネタリギヤ２のサン・ギヤＳには、第一電動発電機１１の回転子が固定的に連結される。この第一電動発電機１１の界磁巻線はエンジン・ユニット（車両のシャシ）に固定されている。このプラネタリギヤ２のリング・ギヤＲには第二電動発電機１２の回転子が固定的に連結される。この第二電動発電機１２の界磁巻線はエンジン・ユニット（車両のシャシ）に固定されている。そして、この電動発電機１２の回転子がプロペラ軸３に固定的に連結され、差動歯車８を介して車輪９を駆動する。
【０００４】
第一電動発電機１１および第二電動発電機１２はいずれも三相の永久磁石同期回転機であり、回転子はブラシレスである。この同期回転機は、界磁巻線に供給される三相交流の位相回転速度と回転子の機械的な回転速度との関係にしたがって、電動機としてもあるいは発電機としても作用する。二つの電動発電機の界磁巻線は、それぞれインバータ４の二つの交流端子に接続され、このインバータ４の直流端子は電池５に接続される。そしてこのインバータ４が、それぞれ二つの電動発電機１１および１２に供給する三相交流の位相回転速度はそれぞれ制御回路６により制御される。制御回路６は、エンジン１の駆動軸（プラネタリギヤ２のキャリア・  ギヤＣと同じ）の回転センサ、第一電動発電機１１の回転子（プラネタリギヤ２のサン・ギヤＳと同じ）の回転センサ、および第二電動発電機１２の回転子（プラネタリギヤ２のリング・ギヤＲと同じ）の回転センサの検出出力にしたがって、二つの電動発電機１１および１２の界磁巻線に供給する三相交流の位相をそれぞれ制御する。
二つの電動発電機１１および１２は、それぞれその回転子の機械的な回転速度が、界磁巻線に供給される交流電流が形成する回転位相の回転速度より小さいとき電動機として作用する。このとき電気エネルギは電池５から電動機に流れる。二つの電動発電機１１および１２は、それぞれその回転子の機械的な回転速度が界磁巻線の回転位相の回転速度より大きいときには発電機として作用する。このとき電動発電機により電気エネルギが発電されて、インバータ４を介して電池５に流れ電池５は充電される。すなわち、二つの電動発電機１１および１２は、それぞれ電動機として作用するときには車両を走行駆動させ、発電機として作用するときには電気制動の状態となり車両に対しては制動力を与え、発電により生じた電力を電池５に充電することによりいわゆる回生制動の状態となる。二つの電動発電機１１および１２の一方が発電機として作用しているとき、その発電機から発生する電気エネルギを他方の電動発電機を電動機として作用させ、発電機で発生した電気エネルギを電動機として利用するように動作させることもできる。電動発電機の界磁巻線により発生する位相回転速度が、回転子の機械的な回転速度とちょうど等しい状態になると、電動発電機はたんに空転している状態になり、その電動発電機では電気エネルギの発生も消費もなくなる。
【０００５】
さらにエンジン１の燃料ポンプ７がエンジンに供給する燃料流量は、前記制御回路６からの信号に応じてエンジン制御回路１０により制御される。エンジンに負荷をかけると、その回転速度にしたがって発生する出力トルクが変化し燃料消費量も変化する。それぞれの回転速度で発生する出力トルクが燃料消費量について最大効率になる点をエンジンの回転速度に対する出力トルクとして表示すると、図２に示すエンジン動作ラインＥＬ１が得られる。
【０００６】
図２はエンジンの動作特性図である。横軸にエンジンの回転速度をとり、縦軸にエンジンの出力トルクをとり、この図の中に上記エンジン動作ラインＥＬ１を表示する。このエンジンは、その動作ラインＥＬ１の上でさらに燃料消費効率の最もよい最適動作点はＰ１であり、その最適動作点Ｐ１における回転速度はω１であり、そのときの出力トルクはＴ１である。このハイブリッド自動車は走行状態にしたがって車速が変動しても、エンジンをこの最適動作点Ｐ１で継続的に動作させることができる。
【０００７】
これを簡単に説明すると、いまこのハイブリッド自動車がほぼ一定速度の走行状態にあり、その車速がある値ｖ０であるとする。第二電動発電機１２の回転子は車軸に直結されているから、その回転速度は車速ｖ０に比例する値ω０になる。この状態で、第一の電動発電機１１の界磁巻線に供給する位相回転速度を、前記最適動作点Ｐ１におけるエンジン１の回転速度ω１よりわずかに上回る値に制御し、第一電動発電機１１を発電機として動作させる。そして第二電動発電機１２の界磁巻線に供給する位相回転速度を車速に伴う回転速度ω０よりわずかに小さくして、第二電動発電機１２を電動機として作用させる。そうすると、第一電動発電機１１により発電された電気エネルギは、第二電動発電機１２を駆動するために利用されるようになる。第一電動発電機１１により発電された電気エネルギの大きさは、図２のＰ１・Ｔ１・Ｏ・ω１で囲まれた面積に比例し、第二電動発電機１２により消費される電気エネルギの大きさは、Ｐ０・Ｔ２・Ｏ・ω０で囲まれた面積に比例する。したがって、図２にハッチングを付して示す部分の面積に比例する電気エネルギが第一電動発電機１１から第二電動発電機１２に移動することになる。車速が変化すると第二電動発電機１２の回転速度ω０がそれに応じて左右に移動する形となり、エンジン１の回転速度はω１として一定に維持させることができる。すなわち最適動作点Ｐ１は車速の変化に対して独立に一定値に維持させることができる。
【０００８】
なお上記従来例技術として例示した特許公開公報との関連を説明すると、この公報には多数の実施例が記載されていて、上で説明した構成は、上記公報に第１６実施例として説明されている図３４に示される構成に関連が深い。この図３４の構成では、上で説明した構成とは、プラネタリギヤのリング・ギヤおよびキャリア・ギヤの結合が、入れ違いになっている構成として理解することができる。そしてエンジンの最大効率については上記特許公開公報の図６により説明されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成のハイブリッド自動車を実用車両として設計するために、本願発明者らはこの装置をさまざまに試験した。その中でつぎのような問題に遭遇した。すなわち、このハイブリッド自動車に装備されるエンジンについても従来車両と同様に、その排ガスが浄化されるように排ガス浄化装置を装備する。その排ガス浄化装置の動作モードにしたがって、エンジンの回転速度に対する出力トルクの特性が変化する。出力トルクの特性が変化すると、二つの電動発電機を含む動力装置の制御を相応に変化させなければならない。
【００１０】
これをさらに詳しく説明すると、このハイブリッド自動車のエンジンの排気通路に、燃焼により生じるスス（煤）などの粒子状物質および窒素酸化物を吸収するとともに、これを還元浄化する触媒を配置する排ガス浄化装置を採用することが計画されている。この排ガス浄化装置は、エンジンに供給する燃料を同時に空気に対して希薄（リーン）に制御する第一のモードと、燃料を空気に対して濃厚（リッチ）に制御する第二のモードを繰り返すことにより浄化効果が発生するように構成されている。第一のモードでは、エンジンを効率的に動作させて、ススや窒素酸化物の発生を小さくする。それと同時に第一のモードでは、触媒にススなどの粒子状物質や窒素酸化物を捕捉吸蔵させる。第二のモードでは捕捉された粒子状物質や窒素酸化物を還元させる。一般的な走行が行われている状況下では、第一のモードは長い時間にわたり継続され、第二のモードは比較的短い時間にかぎり継続されるように制御される。このモードの切り替えはエンジン制御回路により自動的に実行される。
【００１１】
排ガス浄化装置に対してこのような制御を実行すると、モードの転換にしたがって、エンジンの回転速度に対する出力トルクの特性が変化することになる。電動発電機によるエネルギの転換を行わずに、エネルギの回転動力を変速機を介して車軸に伝達する構造の従来車両では、この排ガス浄化装置の制御モードが転換されると、運転者がアクセル・ペダルの踏み込み量を変化させて対応していた。しかし上記説明のハイブリッド自動車では、運転者がこのモード転換に対応する制御を行うことにすると、運転操作性（ドライバビリティ）が悪くなるとともに、ハイブリッド自動車をかならずしも最適な動作特性で動作させることができなくなる。
【００１２】
本発明はこのような背景に行われたものであって、排気ガス浄化装置の制御モードにしたがって、エンジンの回転速度が変化しても、運転者のドライバビリティを損なうことのない装置を提供することを目的とする。本発明は、排ガス浄化装置の制御モードが転換しても、燃料消費効率を相応に最適に維持することができる装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、制御回路に排気ガス浄化装置の制御モードの情報を取込み、排気ガス浄化装置が触媒に捕らえられた粒子状物質や窒素酸化物を還元させる第二のモードが実行されているときに、一時的にエンジンの動作ラインを設定された最大効率を示す第一の動作ラインから、やや回転速度の小さい第二の動作ラインに転換するところに特徴がある。これにより排ガス浄化装置の制御モードの転換にしたがって車速が変化することがないように、またエンジンに供給される燃料と空気の混合比が変化しても、エンジンを相応の最大効率で運転させることができるように制御することができる。排ガス浄化装置の制御モードが第一のモードに戻ったときには、それに追従させてエンジンの動作ラインを第一の動作ラインに復帰させる。これにより、運転操作の上からは排気ガス浄化装置の制御モードの影響を受けることがなくなるとともに、排ガス浄化装置の制御モードがいずれの方向に転換しても、燃料消費効率を相応に最適な状態に維持することができる。
【００１４】
すなわち本発明は、エンジンと、このエンジンの出力軸に連結されたトルク変換手段（２）と、このトルク変換手段（２）のエンジン側の回転軸に結合された第一電動発電機（１１）と、このトルク変換手段（２）の駆動車軸側に結合された第二電動発電機（１２）と、電池（５）と、この電池（５）にその直流端子が接続され前記第一電動発電機および前記第二電動発電機にそれぞれ交流端子が接続されたインバータ（４）と、前記エンジンの出力軸の回転情報および前記第一電動発電機（１１）の回転情報ならびに前記第二電動発電機の回転情報を取込み前記インバータ（４）が前記二つの電動発電機（１１，１２）の界磁巻線にそれぞれ供給する交流位相を制御する制御回路（６）とを備え、この制御回路（６）は前記エンジンのあらかじめ設定された回転速度に対する出力トルクについての第一の動作ライン（ＥＬ１）を維持するように制御する手段を含むハイブリッド自動車において、前記制御回路（６）には、前記エンジンの排気管路（１４）に設けられた触媒（１５）を浄化するために燃料に対する空気混合比率の変更情報を取込み、その変更情報にしたがって前記エンジンについて前記第一の動作ラインより回転速度の小さい点にあらかじめ設定された第二の動作ライン（ＥＬ２）を維持するようにその制御を変更する手段を備えたことを特徴とする。
【００１５】
上記括弧内の数字または記号は、あとから説明する実施例図面の参照記号または参照数字である。これは本発明の構成を理解しやすいように付すものであって本発明の構成を実施例に限定して理解するためのものではない。以下の説明においても同様である。
【００１６】
上記電池（５）は一般的な表現として「電池」とするが、化学的な反応を利用した狭義の電池にかぎらず、きわめて大きい等価的な静電容量の部材を利用する広義の蓄電手段を含む。
【００１７】
前記トルク変換手段は具体的にはプラネタリギヤ（２）を利用することが適当であり、その場合にはそのプラネタリギヤのキャリア・ギヤに前記エンジンの出力軸が連結され、このプラネタリギヤのサン・ギヤに前記第一電動発電機の回転子が連結され、このプラネタリギヤのリング・ギヤに前記第二電動発電機の回転子が連結された構成とすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明実施例装置のブロック構成図である。この装置は、エンジン１と、このエンジン１の出力軸に連結されたトルク変換手段としてのプラネタリギヤ２と、このプラネタリギヤ２のエンジン側の回転軸に結合された第一電動発電機１１と、このプラネタリギヤ２の駆動車軸側に結合された第二電動発電機１２と、電池５と、この電池５にその直流端子が接続され前記第一電動発電機１１および前記第二電動発電機１２にそれぞれ交流端子が接続されたインバータ４と、前記エンジン１の出力軸の回転情報および前記第一電動発電機１１の回転情報ならびに前記第二電動発電機１２の回転情報を取込み前記インバータ４が前記二つの電動発電機１１、１２の界磁巻線にそれぞれ供給する交流位相を制御する制御回路６とを備えた装置である。この装置のさらに詳しい構成は上記従来例装置の欄で説明したので、ここではその説明の繰り返しは避ける。補機１３は上でも説明したが、冷却水用の駆動ポンプ、エンジン冷却用のファン、真空ポンプ、ブレーキ用空気圧を供給する空気ポンプ、一般電力用のオルタネータ、その他エンジン１の出力軸にプーリおよびベルトにより定常的に連結されている装置であり、図１ではこれを一つのブロックで補機１３として表示する。
【００１９】
さらに本発明実施例装置は、エンジン１の排気管路１４に排ガス浄化装置１６が設けられ、ここに触媒１５が配置される。そしてその触媒１５の状態情報（具体的には触媒担体の温度情報）がエンジン制御回路１０に取り込まれる。この排気ガス浄化装置１６はＮＯｘ吸蔵還元触媒装置として知られているものである。この排気ガス浄化装置１６について簡単に説明すると、排気管路１４を通過する排気ガスにさらされるように触媒担体が配置され、この触媒担体に白金を主とする触媒１５が装荷される。この装置はエンジン１に供給する燃料と空気の混合比が、燃焼効率が最大になるように制御される第一のモードの状態で、排気に含まれる粒子状物質や窒素酸化物が触媒１５に捕捉吸蔵される。そして一時的に短い時間だけ、エンジン１に供給する燃料の空気に対する混合比を大きくする第二のモードで運転し、このときに触媒に捕捉吸蔵されている物質を還元浄化させる。
【００２０】
本発明は、この排ガス浄化装置の触媒に捕捉吸蔵されている物質を還元浄化する期間にわたり、エンジン１を第二のモードで運転するために、エンジン１の動作ラインをもう一つ設定するところにその特徴がある。これを図２に示すエンジンの動作特性図により説明する。この図２はエンジンの動作特性図である。上記従来例の欄で説明したように、横軸にエンジンの回転速度をとり、縦軸にエンジンの出力トルクをとり、この図の中に上記エンジン動作ラインＥＬ１を表示する。このエンジンは、その動作ラインＥＬ１の上でさらに燃料消費効率の最もよい最適動作点はＰ１であり、その最適動作点  Ｐ１における回転速度はω１であり、そのときの出力トルクはＴ１である。このハイブリッド自動車は走行状態にしたがって車速が変動しても、エンジンをこの最適動作点Ｐ１で継続的に動作させることができる。
【００２１】
ここで、本発明の特徴とするところは、排ガス浄化装置１６の動作モードが第二のモードになったときに、エンジン１を図２にエンジン動作ラインＥＬ２として表示するように第二の動作ラインに転換して制御するところにある。この第二の動作ラインＥＬ２はあらかじめ制御回路６に設定されていて、排ガス浄化装置１６の動作モードに連動して自動的に起動される。
【００２２】
エンジンに供給する燃料をリーンに制御する状態からリッチに制御する状態への転換制御、およびこの状態をリーンに制御する状態に戻す制御には、上記した触媒担体の温度情報（および触媒の前後の圧力差の情報）を利用する。  この制御はエンジンＥＣＵ１０で行われる。この構成についてはよく知られている技術であるので詳しい説明は  省略する。
【００２３】
この制御の前後で走行速度に大きい変化がないとすると、エンジン１の回転速度はΔωだけ上昇して、その動作点はＰ１からＰ２へ移動する。この状態は排ガス浄化装置１６の動作モードが復帰すると連動して、制御回路６の制御は元の制御状態に復帰する。すなわちエンジン動作ラインはＥＬ１に復帰するように制御される。図３にこのときの制御回路６の制御フローチャートを示す。
【００２４】
【発明の効果】
本発明により、排気ガス浄化装置の制御モードにしたがって、エンジンの回転速度が変化しても、運転者のドライバビリティを損なうことはなくなる。また本発明により、排ガス浄化装置の制御モードが転換しても、燃料消費効率を相応に最適に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例装置のハードウエア・ブロック構成図。
【図２】本発明実施例装置の動作特性図。
【図３】本発明実施例装置の要部制御フローチャート。
【符号の説明】
１  エンジン
２  プラネタリギヤ
３  プロペラ軸
４  インバータ
５  電池
６  制御回路
７  燃料ポンプ
８  差動歯車
９  車輪
１０  エンジン制御回路
１１  第一電動発電機
１２  第二電動発電機
１３  補機
１４  排気管路
１５  触媒
１６  排ガス浄化装置
【図１】
0003585895.tif 000002
【図２】
0003585895.tif 000003
【図３】
0003585895.tif 000004