(57)【要約】【課題】燃料噴射量の制限値とバッテリの出力制限値との両者の制限を守りながら要求された車両出力を確保できるハイブリッド車両の制御装置を提供する。【解決手段】本発明の制御装置は、エンジン３を始動する際に、要求噴射量が燃料噴射量の制限値である噴射量制限値よりも大きく、かつ燃料噴射量の制限によって生じるエンジン３の不足パワーを第２モータ・ジェネレータ５の駆動にて補う際に要する電力がバッテリ７の出力制限値を超える場合に、噴射量制限値及び出力制限値に収まるようなエンジンパワーを実現できるエンジン回転数に変更する。【選択図】図１
2016203806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン及びモータを走行用駆動源として備え、前記モータと電気的に接続されたバッテリを含むハイブリッド車両に適用され、
前記エンジンを始動する際の燃料噴射量の制限値である噴射量制限値を決定し、
前記エンジンを始動する際の要求噴射量が前記噴射量制限値よりも大きい場合に、燃料噴射量を前記噴射量制限値に制限するとともに、燃料噴射量の制限によって生じる前記エンジンの不足パワーを、前記モータを駆動することによって補うハイブリッド車両の制御装置であって、
前記エンジンを始動する際に、前記要求噴射量が前記噴射量制限値よりも大きく、かつ前記エンジンの前記不足パワーを前記モータの駆動にて補う際に要する電力が前記バッテリの出力制限値を超える場合に、前記噴射量制限値及び前記出力制限値に収まるようなエンジンパワーを実現できるエンジン回転数に変更する、
ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンとモータとを走行用動力源として備えたハイブリッド車両に適用される制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
筒内噴射エンジンの始動方法として、エンジンが十分に暖機されていない場合の排ガス規制成分の排出を抑えるため、エンジン始動中に燃圧を所定値以上に上昇させて圧縮行程に燃料を噴射する方法が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２７１６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の始動方法では、圧縮行程に燃料を噴射する際に燃料噴射量が多いと、燃圧を上げたとしても噴射時間が不足して排ガス規制成分の排出を抑制しきれない場合がある。エンジンの他にモータを走行用動力源として備えたハイブリッド車両の場合、このような排ガス規制成分の排出を抑制できるように燃料噴射量を制限し、その制限によって生じるエンジンパワーの不足分をモータの駆動によって補う技術が知られている。
【０００５】
しかしながら、ハイブリッド車両はモータを駆動するバッテリに出力制限があるので、モータの駆動によってエンジンパワーの不足分を補うことには限度がある。そのため、排ガス規制による燃料噴射量の制限値とバッテリの出力制限値との両者の制限を受けた場合には、バッテリの出力制限を守って車両出力の不足を許容するか又は燃料噴射量の制限を緩和して排ガス規制成分の排出量の増加を許容するかのいずれかを選択できるにすぎなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、燃料噴射量の制限値とバッテリの出力制限値との両者の制限を守りながら要求された車両出力を確保できるハイブリッド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】
【０００７】
本発明のハイブリッド車両の制御装置は、エンジン及びモータを走行用駆動源として備え、前記モータと電気的に接続されたバッテリを含むハイブリッド車両に適用され、前記エンジンを始動する際の燃料噴射量の制限値である噴射量制限値を決定し、前記エンジンを始動する際の要求噴射量が前記噴射量制限値よりも大きい場合に、燃料噴射量を前記噴射量制限値に制限するとともに、燃料噴射量の制限によって生じる前記エンジンの不足パワーを、前記モータを駆動することによって補うハイブリッド車両の制御装置であって、前記エンジンを始動する際に、前記要求噴射量が前記噴射量制限値よりも大きく、かつ前記エンジンの前記不足パワーを前記モータの駆動にて補う際に要する電力が前記バッテリの出力制限値を超える場合に、前記噴射量制限値及び前記出力制限値に収まるようなエンジンパワーを実現できるエンジン回転数に変更するものである。
【発明の効果】
【０００８】
この制御装置によれば、エンジン回転数を変更することでエンジンパワーが変化するので燃料噴射量が噴射量制限値に、モータの駆動に要する電力がバッテリの出力制限値にそれぞれ収まる。そのため、燃料噴射量を噴射量制限値以下に制限することによって生じるエンジンの不足パワーをモータの駆動で補ってもバッテリの出力制限値を超えることがない。したがって、燃料噴射量の制限値とバッテリの出力制限値との両者の制限を守ることができるので、要求された車両出力を確保しつつ排ガス規制成分の排出を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一形態に係るハイブリッド車両の全体構成を示した図。
【図２】本発明の一形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャート。
【図３】噴射量制限値のベース値を算出するための算出マップの構造を示した図。
【図４】噴射量制限値の第１補正係数を算出するための算出マップの構造を示した図。
【図５】噴射量制限値の第２補正係数を算出するための算出マップの構造を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１に示すように、車両１は複数の動力源を組み合わせたハイブリッド車両として構成されている。車両１は、エンジンとしての内燃機関３と、２つのモータ・ジェネレータ４、５とを走行用動力源として備えている。内燃機関３は複数の気筒（不図示）を備えたレシプロ式の火花点火型内燃機関として構成されている。
【００１１】
内燃機関３と第１モータ・ジェネレータ４とは動力分割機構６に連結されている。第１モータ・ジェネレータ４は動力分割機構６にて分割された内燃機関３の動力を受けて発電する発電機として機能するとともに、交流電力にて駆動される電動機としても機能する。同様に、第２モータ・ジェネレータ５は電動機及び発電機としてそれぞれ機能する。第２モータ・ジェネレータ５は本発明に係るモータに相当する。第１モータ・ジェネレータ４及び第２モータ・ジェネレータ５のそれぞれはバッテリ７と電気的に接続されている。なお、各モータ・ジェネレータ４、５とバッテリ７との間には電流を交流と直流との間で変換する不図示のインバータが設けられている。
【００１２】
動力分割機構６はシングルピニオン型の遊星歯車機構として構成されている。動力分割機構６は、外歯歯車のサンギアＳと、サンギアＳと同軸に配置された内歯歯車のリングギアＲと、これらのギアＳ、Ｒに噛み合うピニオンＰを自転及び公転可能に保持するプラネットキャリアＣとを有している。内燃機関３が出力するエンジントルクは動力分割機構６のプラネットキャリアＣにトーショナルダンパ１０を介して伝達される。トーショナルダンパ１０の入力側には内燃機関３のクランク軸３ａが、トーショナルダンパ１０の出力側にはプラネットキャリアＣがそれぞれ連結されている。第１モータ・ジェネレータ４は動力分割機構６のサンギアＳに連結されている。
【００１３】
動力分割機構６のリングギアＲには、その外周に外歯歯車の出力ギア１２が設けられている。出力ギア１２はドリブンギア１３と噛み合っている。第２モータ・ジェネレータ５のモータ軸１４にはドリブンギア１３と噛み合うモータギア１５が設けられている。ドリブンギア１３はカウンタ軸１７に固定されており、カウンタ軸１７にはドライブギア１８が固定されている。ドライブギア１８はディファレンシャル機構２０のリングギア２１と噛み合っている。したがって、出力ギア１２から出力されたトルク及び第２モータ・ジェネレータ５のモータトルクは、ドリブンギア１３及びドライブギア１８を介してディファレンシャル機構２０に伝達される。ディファレンシャル機構２０に伝達されたトルクは左右の駆動輪２５にそれぞれ分配される。
【００１４】
車両１の各部の制御はコンピュータとして構成された制御装置としての電子制御装置（ＥＣＵ）３０にて制御される。ＥＣＵ３０は内燃機関３及び各モータ・ジェネレータ４、５等に対して各種の制御を行う。ＥＣＵ３０には車両１の各種の情報が入力される。例えば、ＥＣＵ３０には、アクセルペダル２６の踏み込み量に対応する信号を出力するアクセル開度センサ３１の出力信号、車両１の車速に応じた信号を出力する車速センサ３２の出力信号、内燃機関３のクランク角に対応する信号を出力するクランク角センサ３３の出力信号、バッテリ７の蓄電率に応じた信号を出力するＳＯＣセンサ３４の出力信号、及び内燃機関３のクーラントの温度（エンジン水温）に応じた信号を出力する水温センサ３５の出力信号等がそれぞれ入力される。
【００１５】
ＥＣＵ３０は、アクセル開度センサ３１の出力信号と車速センサ３２の出力信号とを参照して運転者が要求する車両出力を計算し、その車両出力に対するシステム効率が最適となるように各種のモードを切り替えながら車両１を制御する。例えば、内燃機関３の熱効率が低下する低負荷領域では内燃機関３の燃焼を停止して第２モータ・ジェネレータ５を駆動するＥＶモードが選択される。また、内燃機関３だけではトルクが不足する場合は、内燃機関３とともに第２モータ・ジェネレータ５を走行用駆動源とするハイブリッドモードが選択される。
【００１６】
ＥＣＵ３０は、車両１の走行中に運転条件が変化した場合、ハイブリッドモードから内燃機関３の燃焼を停止してＥＶモードに切り替えたり、ＥＶモードから内燃機関３を始動してハイブリッドモードに切り替えたりする。このように、車両１はハイブリッド車両の特徴として内燃機関３の始動と停止とが比較的短期間に繰り返される間欠運転モードが実施される。
【００１７】
間欠運転モードの実施中に、ハイブリッドモードからＥＶモードへ切り替えるために内燃機関３を停止することを間欠停止と称することがあるが、本形態はこの間欠停止からの始動時に実施する制御に特徴がある。以下、図２〜図５を参照しながらＥＣＵ３０が実施する制御について説明する。
【００１８】
図２の制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ３０に保持されており、適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。ステップＳ１において、ＥＣＵ３０は内燃機関３について間欠停止からの始動か否かを判定する。間欠停止か否かの判断基準は、内燃機関３の停止期間や停止回数等の運転履歴に基づいて設定されている。間欠停止からの始動の場合はステップＳ２に進み、そうでない場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。
【００１９】
ステップＳ２において、ＥＣＵ３０は内燃機関３の燃料噴射量の制限値である噴射量制限値ＴＡＵを算出する。噴射量制限値ＴＡＵは、排ガス規制成分、ここではＰＭ（ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）の量又はＰＭの個数（ＰＮ：ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ｎｕｍｂｅｒ）の排出を所定量以内に抑えるために設定される燃料噴射量の上限値である。ＰＭやＰＮは噴射された燃料の気化の進行状況の影響を大きく受ける。そのため、噴射量制限値ＴＡＵの算出は、燃料の気化に影響する内燃機関３の燃焼室内温や吸気ポート温と相関する物理量、例えば始動時のエンジン水温、始動直前のエンジン停止時間、始動後の積算噴射量等に基づいて行われる。具体的には、ＥＣＵ３０は図３〜図５に示した算出マップＭ１〜Ｍ３を参照し、各算出マップＭ１〜Ｍ３から得られたパラメータを以下の式１に代入することにより、噴射量制限値ＴＡＵを算出する。なお、「噴射量」は内燃機関３の１ストロークあたりの噴射量を意味する。
【００２０】
ＴＡＵ＝ＴＡＵ＿ｂａｓｅ×ｋ１×ｋ２      ………１
【００２１】
図３は上記式１のベース値ＴＡＵ＿ｂａｓｅを算出するための算出マップＭ１の構造を視覚的に示している。算出マップＭ１は間欠停止からの始動時のエンジン水温（間欠始動時水温）を変数としてベース値ＴＡＵ＿ｂａｓｅを与える構造を有している。算出マップＭ１に基づいてベース値ＴＡＵ＿ｂａｓｅを算出することにより、間欠始動時水温が高いほど大きなベース値ＴＡＵ＿ｂａｓｅが算出される。つまり間欠始動時水温が高いほど噴射量制限値ＴＡＵが大きくなるので燃料噴射量の制限は緩和される。ＥＣＵ３０は水温センサ３５の出力信号に基づいて間欠始動時水温を取得し、その水温に対応するベース値ＴＡＵ＿ｂａｓｅを、算出マップＭ１を検索することにより算出する。
【００２２】
図４は上記式１の第１補正係数ｋ１を算出するための算出マップＭ２の構造を視覚的に示している。算出マップＭ２は始動直前のエンジン停止時間を変数として第１補正係数ｋ１を与える構造を有している。第１補正係数ｋ１は１．０以下の値である。算出マップＭ２に基づいて第１補正係数ｋ１を算出することにより、エンジン停止時間が長いほど小さな第１補正係数ｋ１が算出される。エンジン停止時間が長いほど機関温度が低くなり燃料が気化し難くなる。そこで、エンジン停止時間が長いほど噴射量制限値ＴＡＵが小さな値となるように、つまり燃料噴射量が制限される度合いが大きくなるように算出マップＭ２が構成されている。ＥＣＵ３０は記憶された内燃機関３の運転履歴を参照して始動直前のエンジン停止時間を取得し、そのエンジン停止時間に対応する第１補正係数ｋ１を、算出マップＭ２を検索することにより算出する。
【００２３】
図５は上記式１の第２補正係数ｋ２を算出するための算出マップＭ３の構造を視覚的に示している。算出マップＭ３は間欠停止から始動後の噴射量の積算値（積算噴射量）を変数として第２補正係数ｋ２を与える構造を有している。第２補正係数ｋ２は１．０以上の値である。算出マップＭ３に基づいて第２補正係数ｋ２を算出することにより、積算噴射量が多いほど大きな第２補正係数ｋ２が算出される。積算噴射量が多くなるほど燃焼によって機関温度が高くなり燃料の気化がし易い状況となる。そこで、積算噴射量が多くなるほど噴射量制限値ＴＡＵが大きな値となるように、つまり燃料噴射量が制限される度合いが小さくなるように算出マップＭ３が構成されている。ＥＣＵ３０は記憶された内燃機関３の運転履歴を参照して積算噴射量を取得し、その積算噴射量に対応する第２補正係数ｋ２を、算出マップＭ３を検索することにより算出する。
【００２４】
図２に戻り、ステップＳ３において、ＥＣＵ３０は要求噴射量Ｄを算出する。ＥＣＵ３０はアクセル開度センサ３１及び車速センサ３２の各出力信号を参照してアクセル開度及び車速を取得し、これらに基づいて車両１に要求される車両出力を計算し、その車両出力に応じた要求噴射量Ｄを算出する。
【００２５】
ステップＳ４において、ＥＣＵ３０はステップＳ２で算出した噴射量制限値ＴＡＵとステップＳ３で算出した要求噴射量Ｄとを比較し、要求噴射量Ｄが噴射量制限値ＴＡＵよりも大きいか否かを判定する。要求噴射量Ｄが噴射量制限値ＴＡＵよりも大きい場合はステップＳ５に進む。要求噴射量Ｄが噴射量制限値ＴＡＵ以下の場合は燃料噴射量を制限する必要がないので、ステップＳ１４に進んで要求噴射量Ｄで燃料噴射を実施して今回のルーチンを終了する。
【００２６】
ステップＳ５において、ＥＣＵ３０は燃料噴射量が噴射量制限値ＴＡＵに制限された場合に予測される内燃機関３の不足パワーＰ１を例えば下記の式２に基づいて算出する。
【００２７】
Ｐ１＝Ｐｄ×（１−ＴＡＵ／Ｄ）        ……２
【００２８】
ここで、エンジン要求パワーＰｄは要求される車両出力に対応し、現在の車速及びギア比等の諸パラメータに基づいて算出される。
【００２９】
ステップＳ６において、ＥＣＵ３０はステップＳ５で算出した不足パワーＰ１を第２モータ・ジェネレータ５の駆動によって補うために要する電力Ｗを算出する。続くステップＳ７において、ＥＣＵ３０はバッテリ７の出力制限値Ｗｏｕｔを算出する。バッテリ７の入出力制限はバッテリ７の蓄電率に応じて変化するので、ＥＣＵ３０はＳＯＣセンサ３４の出力信号を参照して蓄電率を取得し、その蓄電率に応じた出力制限値Ｗｏｕｔを算出する。
【００３０】
ステップＳ８において、ＥＣＵ３０はステップＳ６で算出した電力ＷとステップＳ７で算出した出力制限値Ｗｏｕｔとを比較し、電力Ｗが出力制限値Ｗｏｕｔ以下か否かを判定する。電力Ｗが出力制限値Ｗｏｕｔ以下の場合はステップＳ９に進み、電力Ｗに相当する電力をバッテリ７から持ち出して第２モータ・ジェネレータ５を駆動するとともに噴射制限値ＴＡＵで燃料噴射を実施する。そして今回のルーチンを終了する。一方、電力Ｗが出力制限値Ｗｏｕｔを超える場合は燃料噴射量の制限により生じる不足パワーＰ１の全てを補うことができない。そこで、ＥＣＵ３０は電力Ｗが出力制限値Ｗｏｕｔを超える場合はステップＳ１０〜ステップＳ１３を実行する。
【００３１】
ステップＳ１０において、ＥＣＵ３０は、出力制限値Ｗｏｕｔに相当する電力で第２モータ・ジェネレータ５を駆動した場合の不足パワーＰ２を、例えば下記の式３を用いて算出する。
【００３２】
Ｐ２＝Ｐｄ×（１−ＴＡＵ／Ｄ）−Ｗｏｕｔ        ……３
【００３３】
ステップＳ１１において、ＥＣＵ３０は内燃機関３の燃料噴射量を変化させずに、つまり噴射量制限値ＴＡＵのままで不足パワーＰ２を解消できるエンジン回転数Ｎｅを、下記の式４を用いて算出する。このようにして算出されたエンジン回転数Ｎｅは噴射量制限値ＴＡＵ及び出力制限値Ｗｏｕｔに収まるようなエンジンパワーを実現できるエンジン回転数となる。
【００３４】
Ｎｅ＝Ｎｅｔ×（１＋Ｐ２／Ｐｄ×（Ｄ／ＴＡＵ））    …４
【００３５】
ここで、エンジン回転数の目標値Ｎｅｔは内燃機関３の運転条件に応じて設定される値である。なお、上記式２〜式４において、内燃機関３の始動後の運転条件がエンジントルクと燃料噴射量とが比例する関係にない運転条件の場合は、上記式２〜式４の代わりに燃料噴射量を一旦エンジントルクに変換してから不足パワーＰ１等を計算する必要がある。
【００３６】
ステップＳ１２において、ＥＣＵ３０はエンジン回転数の目標値ＮｅｔをステップＳ１１で算出したエンジン回転数Ｎｅに変更する。ステップＳ１３において、ＥＣＵ３０は出力制限値Ｗｏｕｔに相当する電力をバッテリ７から持ち出して第２モータ・ジェネレータ５を駆動するとともに噴射制限値ＴＡＵで燃料噴射を実施する。そして今回のルーチンを終了する。
【００３７】
図２の制御ルーチンによれば、上記のようにエンジン回転数を変更することでエンジンパワーが変化するので燃料噴射量が噴射量制限値ＴＡＵに、モータの駆動に要する電力Ｗがバッテリ７の出力制限値Ｗｏｕｔにそれぞれ収まる。そのため、燃料噴射量を噴射量制限値ＴＡＵ以下に制限することによって生じる内燃機関３の不足パワーを第２モータ・ジェネレータ５の駆動で補ってもバッテリ７の出力制限値Ｗｏｕｔを超えることがない。したがって、燃料噴射量の制限値ＴＡＵとバッテリ７の出力制限値Ｗｏｕｔとの両者の制限を守ることができるので、要求された車両出力を確保しつつ排ガス規制成分の排出を抑制できる。
【００３８】
本発明は上記の形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。本発明の適用対象となるハイブリッド車両は図１に示した形態に限らず、例えば単一のモータ・ジェネレータを備えたハイブリッド車両であってもよい。
【００３９】
上記形態の制御はいわゆる間欠停止からの始動時に実施しているが、本発明は間欠停止からの始動時に適用されることが条件とはならない。エンジンの始動前の停止状態がどのような状況であっても本発明の制御を適用できる。
【００４０】
上記形態の制御における噴射量制限値の算出方法は一例にすぎない。例えば、直接的に測定した燃焼室内温やヘッド温度を使用したマップや、それらの温度を推定したマップを使用して噴射量制限値を算出することもできる。マップ等を利用して噴射量制限値を算出することは噴射量制限値を決定する方法の一例である。例えば、予め設定していた値を適時に読み出すことにより噴射量制限値を決定する形態でも本発明を実施できる。
【符号の説明】
【００４１】
１  ハイブリッド車両
３  内燃機関（エンジン）
５  第２モータ・ジェネレータ（モータ）
７  バッテリ
【図１】
2016203806.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2016203806.tif 000006
【図５】
2016203806.tif 000007