(57)【要約】【課題】  機関稼働時には発電機の発電量を一定に制御することができるシリーズ式ハイブリット車両の制御装置を提供する。【解決手段】  発電機(16)と、発電機を駆動する内燃機関(18)と、発電機の出力によって充電される走行用のバッテリ(4)と、バッテリから電力が供給され、車輪を駆動させる走行用のモータ(6)と、発電機及びモータの制御を行うハイブリッド制御手段(22)と、内燃機関の制御を行う機関制御手段(24)とを含み、ハイブリッド制御手段は、アクセル開度(26)に基づき前記発電機を駆動させる場合には、内燃機関の回転速度を一定にするための要求回転速度を機関制御手段に出力する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機と、
該発電機を駆動する内燃機関と、
前記発電機の出力によって充電される走行用のバッテリと、
該バッテリから電力が供給され、車輪を駆動させる走行用のモータと、
前記発電機及び前記モータの制御を行うハイブリッド制御手段と、
前記内燃機関の制御を行う機関制御手段と
を含み、
前記ハイブリッド制御手段は、アクセル開度に基づき前記発電機を駆動させる場合には、前記内燃機関の回転速度を一定にするための要求回転速度を前記機関制御手段に出力することを特徴とするシリーズ式ハイブリット車両の制御装置。
【請求項２】
前記ハイブリッド制御手段は、予混合燃焼を達成させる回転速度を前記要求回転速度として前記機関制御手段に出力し、
該機関制御手段は、前記要求回転速度に基づいて予混合燃焼制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のシリーズ式ハイブリット車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電専用の内燃機関を用い、モータで車輪を駆動させるシリーズ式ハイブリット車両の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリーズ式ハイブリット車両には、車両の駆動力源として電動機（モータ）が搭載されている。このモータはバッテリから電力が供給され、バッテリは発電機の出力によって充電される。そして、この発電機は比較的小型の内燃機関（エンジン）により駆動される。
この種の車両は電子制御コントローラにて制御されている。詳しくは、車両には、発電機やモータの制御を行うハイブリッド用ＥＣＵと、エンジンの制御を行うエンジン用ＥＣＵとが設けられており、これら各ＥＣＵの間では車両の運転状態を検出する信号に基づいてそれぞれの管理制御が行われている。例えば、エンジンを駆動させる場合には、ハイブリッド用ＥＣＵがアクセルセンサの信号から要求エンジン出力を演算してエンジン用ＥＣＵに出力する。そして、エンジン用ＥＣＵではこの要求エンジン出力を満たすための燃料噴射量の制御が行われる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２８５８２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記エンジン用ＥＣＵでは、エンジン回転速度と負荷とで構成されたマップを用い、このマップから要求エンジン出力を満たす燃料噴射量が読み取られ、燃料噴射量の調整が行われ、エンジンを駆動させる。
しかしながら、シリーズ式ハイブリット車両において、前記従来の如くの要求エンジン出力を満たすためのエンジン制御を行えば、仮に、大気温等の環境条件、若しくはエンジンや発電機の暖気条件が変化すれば、エンジンや発電機の回転速度及び負荷の双方が変化して出力の変動範囲が広くなる。これでは、発電機の回転速度が大きく変動してその発電量の変動幅も大きくなり、バッテリの過剰充電や充電不足が生じてモータによる車輪の駆動に悪影響を及ぼすことが懸念される。
【０００４】
また、出力の変動範囲が広くなり、同一出力の運転ポイントが複数存在すると、制御の収束性が劣り、エンジン制御や発電機制御の信頼性に欠けるとの問題も生ずる。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、エンジンの稼働時には発電機の発電量を一定に制御することができるシリーズ式ハイブリット車両の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するべく、請求項１記載のシリーズ式ハイブリット車両の制御装置は、発電機と、発電機を駆動する内燃機関と、発電機の出力によって充電される走行用のバッテリと、バッテリから電力が供給され、車輪を駆動させる走行用のモータと、発電機及びモータの制御を行うハイブリッド制御手段と、内燃機関の制御を行う機関制御手段とを含み、ハイブリッド制御手段は、アクセル開度に基づき発電機を駆動させる場合には、内燃機関の回転速度を一定にするための要求回転速度を機関制御手段に出力することを特徴としている。
【０００６】
また、請求項２記載の発明では、ハイブリッド制御手段は、予混合燃焼を達成させる回転速度を要求回転速度として機関制御手段に出力し、機関制御手段は、要求回転速度に基づいて予混合燃焼制御を行うことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
従って、請求項１記載の本発明のシリーズ式ハイブリット車両の制御装置によれば、ハイブリッド制御手段が、アクセル開度に応じて発電機を駆動させる場合には、機関の回転速度を一定にするための要求回転速度を演算して機関制御手段に出力するので、この機関制御手段では当該要求回転速度を満たすエンジン制御、つまり、常に一定の機関回転速度を維持するための燃料噴射量を読み取り、燃料噴射量の調整が行われる。よって、大気温等の環境条件、及び内燃機関や発電機の暖気条件の変化に拘わらず、機関の稼働時には常に一定の機関回転速度が維持される。この結果、発電機の回転速度が一定に維持され、その発電量の変動幅が非常に小さくなり、バッテリの過剰充電や充電不足が生じないことから、モータによる車輪の駆動に悪影響を及ぼさない。
【０００８】
また、常に一定の機関回転速度が維持されると、機関や発電機の出力の変動幅が縮小され、同一出力の運転ポイントが一義的に決定可能となる。従って、制御の収束性が良好になり、エンジン制御や発電機制御の信頼性が向上する。
更に、請求項２記載の発明によれば、同一出力の運転ポイントが一義的に決定可能となることから、燃焼の成立ウインドウの狭い予混合燃焼であってもその実行が容易になる。そして、この予混合燃焼の成立が容易になれば、車両への展開が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
図１は、シリーズ式ハイブリッド車両の概略構成図である。当該車両には、例えば都市部で低速走行を多用する乗合バス等の大型車両が想定され、本発明の一実施形態に係る制御装置が適用される。
同図に示されるように、この車両には駆動力源として走行用モータ（モータ）２が搭載されており、この走行用モータ２の回転軸には、減速機８や差動装置１０を介して一対の駆動輪１２，１４が接続されている。
【００１０】
また、走行用モータ２はインバータ６を介して走行用バッテリ（バッテリ）４に電気的に接続され、走行用バッテリ４は走行用モータ２に電力を供給している。なお、この走行用モータ２は、車両の制動時にはエネルギ回生ブレーキ、つまり、制動エネルギを利用した発電機としても機能する。具体的には、車両の運転者がブレーキ（図示しない）を操作すると、走行用モータ２が制動力を発生しながら同時に発電し、この発電電力が走行用バッテリ４に充電される。
【００１１】
上記インバータ６にはジェネレータ（発電機）１６や、エアブレーキ用のエアコンプレッサ等の補機を駆動させる補機モータ（図示しない）も電気的に接続されている。
ジェネレータ１６は、その回転軸が発電用エンジン（内燃機関）１８の出力軸に接続されている。つまり、ジェネレータ１６は発電専用のエンジン１８に駆動され、このエンジン１８のクランクシャフト（図示しない）を介して同期回転されることで発電する。そして、ジェネレータ１６により発電された電力はインバータ６を介して走行用バッテリ４に蓄電される。なお、ジェネレータ１６は、発電用エンジン１８の停止時には電力が供給されて回転し、クランクシャフトを介して発電用エンジン１８を始動させる機能をも有している。なお、発電用エンジン１８の始動はスタータで行っても良い。
【００１２】
また、インバータ６では、走行用バッテリ４からの電圧及び電流、又はジェネレータ１６若しくは上記の如く走行用モータ２により発電された電圧及び電流を調整し、上記補機モータ又は走行用モータ２若しくは走行用バッテリ４に対して安定した電力を供給する。なお、インバータ６と走行用バッテリ４との間にはリレー・ヒューズ２０が介装されている。このリレー・ヒューズ２０はインバータ６に電気的に接続されており、インバータ６からの情報を受けて、走行用バッテリ４から走行用モータ２への通電を許容したり、走行用バッテリ４から走行用モータ２に過剰電流が流れるのを防止したり、或いは、ジェネレータ１６や回生制動中の走行用モータ２が走行用バッテリ４に過剰充電するのを防止する機能を有している。
【００１３】
更に、インバータ６はハイブリッド用ＥＣＵ（ハイブリッド制御手段）２２に相互通信可能に接続されている。なお、同図に示されるように、このインバータ６は、走行用モータ２やジェネレータ１６にも相互通信可能に接続されている。
このハイブリッド用ＥＣＵ２２の入力側には運転者の出力要求が取り込まれる。つまり、アクセルペダル２６の操作量を検出するアクセルセンサ２８、車速を検出する車速センサ（図示しない）や、バッテリ管理装置３０等が接続されている。このバッテリ管理装置３０は、走行用バッテリ４のバッテリ状態を管理しており、蓄電量等の情報をハイブリッド用ＥＣＵ２２に出力している。そして、ハイブリッド用ＥＣＵ２２ではインバータ６を介してジェネレータ１６や走行用モータ２を制御する。
【００１４】
また、本実施形態のハイブリッド用ＥＣＵ２２は、後述するように、ジェネレータ１６がアクセルペダル２６の操作量に基づいて駆動して走行用バッテリ４を充電する場合には、発電用エンジン１８を稼働させ、この発電用エンジン１８の回転速度を一定にするための要求回転速度Ｎｅをエンジン用ＥＣＵ（機関制御手段）２４に出力している。これは、ジェネレータ１６の回転速度が一定の回転速度となるように制御するためである。
【００１５】
そして、エンジン用ＥＣＵ２４では、この要求回転速度Ｎｅに応じて回転速度を一定に維持するとともに、車両の運転状態に応じてディーゼル燃焼や予混合圧縮着火燃焼（ＨＣＣＩ燃焼）の制御を行う。詳しくは、本実施形態のディーゼル燃焼では、燃料噴射時期を圧縮上死点近傍（約２０°ＢＴＤＣから５°ＡＴＤＣの範囲）に設定する。一方、ＨＣＣＩ燃焼では１２０°ＢＴＤＣ程度に進角させる。
【００１６】
なお、これら各ＥＣＵ２２，２４の間では車両の運転状態を検出する信号に基づいてそれぞれの管理制御が行われている。
このように構成されたハイブリッド車両では、車両走行時には、アクセルペダル２６の操作量に対応した要求モータトルク信号がハイブリッド用ＥＣＵ２２からインバータ６に出力され、走行用バッテリ４からの電圧や電流が調整される。これにより、走行用モータ２が所望のモータトルクを発生させる。ここで、本実施形態においては、上記走行用バッテリ４の蓄電量は、アクセルペダル２６の操作量に基づくジェネレータ１６の発電によって担保されている（要求アクセル開度制御）。
【００１７】
また、上記ハイブリッド車両では、一般的な作用として、車両走行時には、エアコンプレッサ等の補機を駆動させるため、走行用バッテリ４からの電力によって補機モータが適宜駆動される。
一方、車両が制動状態にあり、アクセルペダル２６の操作量が零とされる場合には、走行用モータ２により回生制動が行われる。この場合には走行用モータ２によって発電され、走行用バッテリ４に充電される。
【００１８】
更に、例えば、走行用バッテリ４の充電レベル（ＳＯＣ）の低下が検出された場合には、エンジン用ＥＣＵ２４からの信号により発電用エンジン１８が始動される。そして、発電用エンジン１８がジェネレータ１６を作動させて発電させ、ＳＯＣに応じて走行用バッテリ４を充電する。なお、走行用バッテリ４のＳＯＣが低い場合には、走行用モータ２の消費電力相当分の電力がジェネレータ１６から直接に走行用モータ２に給電され、ジェネレータ１６の発電余剰分が走行用バッテリ４に充電される。
【００１９】
図２は、本実施形態の制御装置におけるジェネレータ１６のエンジン始動制御及び要求アクセル開度制御のタイミングチャートである。以下、上記の如く構成された制御装置の作用について説明する。
発電用エンジン１８の停止時にはエンジン始動制御、具体的には、まず、ジェネレータ１６が駆動される。つまり、発電用エンジン１８の停止を解除する信号がハイブリッド用ＥＣＵ２２に入力されると、ジェネレータ１６が発電用エンジン１８を始動させる。すなわち、このジェネレータ１６を逆にモータとして使用する。このときには、ジェネレータ１６の負荷が無負荷状態から走行用バッテリ４を放電させる負荷状態に一旦移行され、回転速度がアイドル回転に達するまで発電用エンジン１８を駆動させる。
【００２０】
発電用エンジン１８の回転速度がアイドル回転に達した後、このアイドル回転にて一定させるべく、ハイブリッド用ＥＣＵ２２がエンジン用ＥＣＵ２４に要求回転速度や要求燃料噴射量を出力する。これにより、アイドル回転が維持され、ジェネレータ１６の負荷は無負荷状態に移行する。このように、エンジン停止から充電可能な回転速度に直ちには至らせず、まずはアイドル回転にて回転速度を維持することにより、発電用エンジン１８に対する外乱を排除して制御の安定化を図る。
【００２１】
次いで、エンジン始動制御から要求アクセル開度制御、つまり、ジェネレータ１６によるアクセルペダル２６の操作量に基づいた発電制御に移行すると、発電用エンジン１８の回転速度を発電回転にすべく、ハイブリッド用ＥＣＵ２２がエンジン用ＥＣＵ２４に要求回転速度や要求燃料噴射量を更に出力する。そして、エンジン用ＥＣＵ２４は、発電用エンジン１８に燃料噴射を行わせ、ＰＩＤ制御によって回転速度を発電回転に上昇させる。なお、ガバナ特性による回転上昇や噴射量制限（ブースト圧マップ等）も併用可能である。
【００２２】
続いて、この要求アクセル開度制御では、発電用エンジン１８の駆動力を用いてジェネレータ１６を駆動して発電させる。つまり、ハイブリッド用ＥＣＵ２２がエンジン用ＥＣＵ２４に要求燃料噴射量を更に出力し、発電用エンジン１８の負荷の上昇に伴って走行用バッテリ４が充電される。このとき、ハイブリッド用ＥＣＵ２２からエンジン用ＥＣＵ２４に要求回転速度Ｎｅの指示がなされる。より具体的には、発電用エンジン１８の回転速度が上記発電回転に達した時点にて、ハイブリッド用ＥＣＵ２２が、発電用エンジン１８の回転速度を発電回転にて一定に維持するための要求回転速度Ｎｅをエンジン用ＥＣＵ２４に出力している。これにより、ジェネレータ１６の回転速度も一定に維持される。
【００２３】
そして、ジェネレータ１６の負荷が発電ポイントとなる発電負荷状態に達すると、ハイブリッド用ＥＣＵ２２は、上記発電回転の他、エンジン用ＥＣＵ２４に上記発電負荷をも一定に維持させる。これにより、ジェネレータ１６の発電量は一定に推移し、走行用バッテリ４では安定した充電が行われる。
次いで、図示されていないが、ハイブリッド用ＥＣＵ２２からエンジン用ＥＣＵ２４に発電用エンジン１８の停止指示がなされ、要求アクセル開度制御からエンジン停止制御に移行した場合には、まず、発電用エンジン１８の回転速度を発電回転からアイドル回転に一旦下げ、このアイドル回転を一定に維持させる。そして、このアイドリング運転が所定時間を経過した後、吸気スロットルを絞ってから発電用エンジン１８を停止させる。このように、発電回転からエンジン停止に直ちには至らせず、アイドル回転にて維持させることにより、エンジン停止時の振動防止を図る。
【００２４】
以上のように、本実施形態では、シリーズ式ハイブリット車両のジェネレータ１６の発電量を一定に制御することに着目したものである。
そして、本実施形態によれば、ジェネレータ１６がアクセルペダル２６の操作量に基づいて発電し、走行用バッテリ４を充電する場合には、ハイブリッド用ＥＣＵ２２が、エンジン回転速度を一定にするための要求回転速度Ｎｅを演算してエンジン用ＥＣＵ２４に出力する。よって、このエンジン用ＥＣＵ２４では当該要求回転速度Ｎｅを満たす発電用エンジン１８の制御、つまり、常に一定のエンジン回転速度を維持するための燃料噴射量を読み取り、燃料噴射量の調整が行われる。これにより、大気温等の環境条件及び発電用エンジン１８やジェネレータ１６の暖気条件の変化に拘わらず、発電用エンジン１８の稼働時には常に一定のエンジン回転速度が維持されることになる。この結果、ジェネレータ１６の回転速度が一定となり、その発電量の変動幅が非常に小さく、つまり、ジェネレータ１６の発電量がほぼ一定になり、走行用バッテリ４の過剰充電や充電不足が生じない。従って、走行用モータ２による車輪１２，１４の駆動に悪影響を及ぼさなくなる。
【００２５】
また、常に一定のエンジン回転速度が維持されると、発電用エンジン１８やジェネレータ１６の出力の変動幅が負荷の変動のみに依存して出力の変動範囲が狭くなり、同一出力の運転ポイントが一義的に決定可能となる。よって、制御の収束性が良好になり、エンジン制御やジェネレータ制御の信頼性が向上する。
更に、同一出力の運転ポイントが一義的に決定可能となれば、燃焼の成立ウインドウの狭いＨＣＣＩ燃焼であってもその実行が容易になる。
【００２６】
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、上記実施形態では、エンジン用ＥＣＵ２４がディーゼル燃焼やＨＣＣＩ燃焼の制御を行っているが、このＨＣＣＩ燃焼に代えて、ディーゼル燃焼とＨＣＣＩ燃焼との間に位置する予混合的な燃焼の制御を行うことも可能である。
【００２７】
詳しくは、エンジン用ＥＣＵ２４では、ハイブリッド用ＥＣＵ２２の要求回転速度Ｎｅに応じて、燃料噴射時期を３０°ＢＴＤＣ、つまり、上記ディーゼル燃焼（約２０°ＢＴＤＣから５°ＡＴＤＣの範囲）に比して進角させるが、ＨＣＣＩ燃焼の如くの約１２０°ＢＴＤＣよりは遅角させる。また、圧縮比を上記ディーゼル燃焼（約１６から１８）に比して約１２から１４の範囲内に下げる。更に、ＥＧＲ率を上記ディーゼル燃焼（約２０％以内）に比して約５０％程度に上げる。また、空気過剰率を上記ディーゼル燃焼（約１．６）に比して約１．２５近傍に下げている。
【００２８】
当該燃焼方式もまた燃焼の成立ウインドウが狭い方式であるが、本実施形態の制御装置によれば成立可能であり、この結果、車両への展開が容易になる。また、この燃焼方式によれば、燃料の希薄な混合気が形成され、その燃焼が低温で行われることからＮＯｘやスモークの発生が抑えられる。なお、この燃焼方式の場合にはエンジン負荷が制限され得るため、エンストを回避すべく、例えば回転速度の低下時には燃焼噴射量を増大させても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に係るシリーズ式ハイブリット車両の制御装置が適用されるシステム構成図である。
【図２】図１の制御装置における発電機の機関始動制御及び要求アクセル開度制御のタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００３０】
２  走行用モータ（モータ）
４  走行用バッテリ（バッテリ）
６  インバータ
１６  ジェネレータ（発電機）
１８  発電用エンジン（内燃機関）
２２  ハイブリッド用ＥＣＵ（ハイブリッド制御手段）
２４  エンジン用ＥＣＵ（機関制御手段）
２８  アクセルセンサ
【図１】
2006132391.tif 000003
【図２】
2006132391.tif 000004