(57)【要約】【課題】内燃機関のエンジントルクの増加に伴うＰＮ値の増加を抑制できるハイブリッド車両の出力制御装置を提供する。【解決手段】ＥＣＵ４０は、エンジン３の燃焼室内温度が所定値未満のときに、燃焼室内温度に応じたエンジントルク制限値を設定し、エンジン３に対するエンジン要求出力がエンジントルク制限値を超えると判断した場合に、バッテリ３６の蓄電率を下限値以上に維持でき、かつエンジントルク制限値を超えない範囲でエンジン要求出力に近づくようにエンジン３のエンジン回転数を変化させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と電動機とを走行用駆動源として備え、前記内燃機関及び前記電動機の両方が分担して車両全体の駆動力として動力を発生可能であり、かつ前記電動機を駆動するために使用される蓄電手段が設けられたハイブリッド車両に適用されるハイブリッド車両の出力制御装置であって、
前記内燃機関の燃焼室内温度が所定値未満のときに、前記燃焼室内温度に応じた前記内燃機関のエンジントルク制限値を設定する設定手段と、
前記内燃機関に対するエンジン要求出力が前記エンジントルク制限値を超えると判断した場合に、前記蓄電手段の蓄電率を所定値以上に維持でき、かつ前記エンジントルク制限値を超えない範囲で前記エンジン要求出力に近づくように前記内燃機関のエンジン回転数を変化させる制御手段と、
を備えることを特徴とするハイブリッド車両の出力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行用駆動源として内燃機関と電動機とが設けられたハイブリッド車両に適用される出力制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車両に適用される出力制御装置として、内燃機関の低温始動時に燃焼室温度であるピストン頂面温度が所定値以上となるまでの間、内燃機関の出力制限値を算出し、その出力制限値に基づいて目標エンジン回転数とエンジントルク制限値とを設定するとともに、バッテリの充電状態に基づくバッテリの入出力制限範囲内でモータトルク指令値を設定して内燃機関及びモータを制御することによって、内燃機関の不完全燃焼を原因としたエミッションの悪化を抑制するものが知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２９９８１７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の出力制御装置は、内燃機関の出力制限によって燃料噴射量に影響するエミッションの増加抑制を行い、バッテリの充電状態に基づく入出力制限範囲内でモータトルクを制限している。そのため、内燃機関の出力制限範囲内であってもトルクの増加とともに燃料噴射量が増加するので、特に内燃機関の冷間始動時はエミッション値の一つである粒子状物質の個数（ＰＮ：ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ｎｕｍｂｅｒ）の値が望ましくない値となるおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、内燃機関のエンジントルクの増加に伴うＰＮ値の増加を抑制できるハイブリッド車両の出力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】
【０００６】
本発明の出力制御装置は、内燃機関と電動機とを走行用駆動源として備え、前記内燃機関及び前記電動機の両方が分担して車両全体の駆動力として動力を発生可能であり、かつ前記電動機を駆動するために使用される蓄電手段が設けられたハイブリッド車両に適用されるハイブリッド車両の出力制御装置であって、前記内燃機関の燃焼室内温度が所定値未満のときに、前記燃焼室内温度に応じた前記内燃機関のエンジントルク制限値を設定する設定手段と、前記内燃機関に対するエンジン要求出力が前記エンジントルク制限値を超えると判断した場合に、前記蓄電手段の蓄電率を所定値以上に維持でき、かつ前記エンジントルク制限値を超えない範囲で前記エンジン要求出力に近づくように前記内燃機関のエンジン回転数を変化させる制御手段と、を備えるものである。
【発明の効果】
【０００７】
この出力制御装置によれば、エンジントルク制限値をＰＮ値に関連して設定することにより、エンジントルク制限値を超えず、かつ蓄電率を所定値以上に維持するような出力制御が行われる。これにより、内燃機関のトルク増加に伴うＰＮ値の悪化を抑制でき、かつ蓄電手段の蓄電率の低下による内燃機関の余計な出力増加によるＰＮ値の悪化も抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一形態に係る出力制御装置が適用された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の概要を示した図。
【図３】エンジン要求出力との差と蓄電率との関係を示した図。
【図４】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。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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３と、２つのモータ・ジェネレータ４、５とを走行用の動力源として備えている。エンジン３は４つの気筒１０を備えた直列４気筒型の内燃機関である。エンジン３は本発明に係る内燃機関に相当し、第２モータ・ジェネレータ５は本発明に係る電動機に相当する。車両１は、エンジン３及び第２モータ・ジェネレータ５の両方が分担して車両全体の駆動力として動力を発生可能に構成されている。
【００１０】
エンジン３の各気筒１０には吸気通路１１と排気通路１２とがそれぞれ接続されている。吸気通路１１には各気筒１０に吸気を分配する吸気マニホールド１１ａが含まれ、排気通路１２には各気筒１０の排気を集合する排気マニホールド１２ａが含まれている。吸気通路１１には、空気濾過用のエアクリーナ１３、空気流量を調整可能なスロットルバルブ１４、ターボチャージャ１５のコンプレッサ１５ａ、及びインタークーラ１６がそれぞれ設けられている。排気通路１２には、ターボチャージャ１５のタービン１５ｂ、主に冷間時の排気浄化を行うスタート触媒１７、及び排気中の有害成分を浄化する排気浄化触媒１８がそれぞれ設けられている。
【００１１】
エンジン３には排気の一部を吸気系に還流するＥＧＲ装置２０が設けられている。ＥＧＲ装置２０は、排気通路１２と吸気通路１１とを結ぶＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１に導かれる排気を冷却するＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブ２３とを備えている。ＥＧＲ通路２１は、その排気側の一端がスタート触媒１７とＮＯｘ触媒１８との間の排気通路１２に接続され、吸気側の一端がスロットルバルブ１４とターボチャージャ１５のコンプレッサ１５ａとの間の吸気通路１１に接続されている。
【００１２】
エンジン３と第１モータ・ジェネレータ４とは差動機構である動力分割機構６に接続されている。動力分割機構６の出力は出力ギア３０に伝達される。出力ギア３０と第２モータ・ジェネレータ５とは互いに連結されていて一体回転する。出力ギア３０から出力した動力は減速装置３１及び差動装置３２を介して駆動輪３３に伝達される。第１モータ・ジェネレータ４はステータ４ａとロータ４ｂとを有する。第１モータ・ジェネレータ４は、動力分割機構６にて分割されたエンジン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はステータ５ａとロータ５ｂとを有し、電動機及び発電機としてそれぞれ機能する。各モータ・ジェネレータ４、５はモータ用制御装置３５を介して蓄電手段としてのバッテリ３６に接続される。なお、バッテリ３６の代わりに周知のキャパシタを設けることもできる。モータ用制御装置３５は各モータ・ジェネレータ４、５が発電した電力を直流変換してバッテリ３６に蓄電するとともにバッテリ３６の電力を交流変換して各モータ・ジェネレータ４、５に供給する。
【００１３】
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おり、サンギアＳと、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な状態で保持するプラネタリキャリアＣとを有している。サンギアＳは第１モータ・ジェネレータ４のロータ４ａに連結され、リングギアＲは出力ギア３０に連結され、プラネタリキャリアＣはエンジン３のクランク軸７に連結される。なお、クランク軸７とプラネタリキャリアＣとの間にはダンパ８が介在し、そのダンパ８はエンジン３のトルク変動を吸収する。
【００１４】
車両１の制御は電子制御装置（ＥＣＵ）４０にて制御される。ＥＣＵ４０はエンジン３及び各モータ・ジェネレータ４、５に対して各種の制御を行う。以下、本発明に関連してＥＣＵ４０が行う主要な制御について説明する。ＥＣＵ４０には、多数のセンサの信号が入力されるが、本発明に関連するものとしては、不図示のアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）に応じた信号を出力するアクセル開度センサ４１、車両１の速度（車速）に応じた信号を出力する車速センサ４２、バッテリ３６の蓄電率に応じた信号を出力するＳＯＣセンサ４３、エンジン３のエンジン回転数に応じた信号を出力するクランク角センサ４４、及びエンジン３の燃焼室内温度に応じた信号を出力する筒内温度センサ４５の各信号がＥＣＵ４０に入力される。
【００１５】
ＥＣＵ４０は、アクセル開度センサ４１の出力信号と車速センサ４２の出力信号とを参照して運転者が車両１に対して要求する要求出力を計算し、その要求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、エンジン３の熱効率が低下する低負荷領域ではエンジン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、エンジン３だけではトルクが不足する場合は、エンジン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】
ハイブリッドモードが選択された場合、車両１の全体に対する要求出力はエンジン３のエンジン要求出力と第２モータ・ジェネレータ５のモータ要求出力との合計に等しい。つまり、車両１の全体に対する要求出力をエンジン３の出力だけで賄えない場合には第２モータ・ジェネレータ５の出力でその不足分が補われる。要求出力に対するエンジン要求出力とモータ要求出力との配分はエンジン回転数とエンジントルクとで定義されたエンジン３の動作点の変化に応じて変化する。エンジン要求出力が特定されると、そのエンジン要求出力を実現できるエンジン３の動作点が定められる。特別な条件が成立しない限りエンジン３の動作点はあらかじめ設定された最適燃費線Ｌ（図２参照）上を移動するように制御されるので、エンジン要求出力を実現するエンジン３の動作点は原則として最適燃費線Ｌ上に設定される。なお、最適燃費線Ｌはエンジン３の熱効率が最適となるように、実機又はシミュレーション等を用いた適合によって定められる。
【００１７】
ここで、出力制御装置としてのＥＣＵ４０が実施する本形態の制御の概要を図２及び図３を参照しながら説明する。一般に、内燃機関の燃焼室温度が低いほど同じ燃料噴射量（エンジントルク）で運転した排気中のＰＮ値が悪化する。そこで、ＥＣＵ４０は、ＰＮ値の悪化を抑制できるようにエンジン３の燃焼室温度に応じてエンジントルク制限値を設定する。エンジントルク制限値は燃焼室内温度が低いほど小さな値となるように、換言すれば燃焼室温度が高いほど大きな値となるようにエンジントルク制限値が設定される。
【００１８】
図２に示すように、エンジン要求出力に基づくエンジン出力Ｂのエンジントルクがエンジントルク制限値Ａを超える場合、エンジン動作点を最適燃費線Ｌ上に維持したままではエンジン要求出力を達成できない（動作点Ｆ′参照）。そのため、エンジン３の動作点を、最適燃費線Ｌ上の動作点Ｆ′からエンジントルク制限値Ａを超えずにエンジン要求出力に近づくように変化させながら、第２モータ・ジェネレータ５のモータ出力によってエンジン要求出力に達するまでの出力不足を補う。しかし、第２モータ・ジェネレータ５から出力可能なモータ出力はバッテリ３６の入出力制限によって制約を受けるので、無条件にエンジン出力の不足を補うことはできない。つまり、第２モータ・ジェネレータ５による出力補助はバッテリ３６の入出力制限の範囲内に限られる。
【００１９】
図３に示したように、バッテリ３６の充電状態（ＳＯＣ）の代表値としての蓄電率には入出力制限で規定される下限値が存在する。そこで、ＥＣＵ４０は、バッテリ３６の蓄電率の下限値を超えない範囲で、エンジン動作点をエンジン要求出力に近づけていく。図２及び図３に示した例では、Ｆ′点からＧ点まで移動しても蓄電率の下限値を下回らないので、バッテリ３６の蓄電率を下限値以上に維持しながらエンジン動作点をＦ′点からＧ点まで移動させてエンジン要求出力を達成できる。なお、図２の縦軸はエンジン要求出力との差を示しているが、Ｇ点とＦ′点とが図１の位置関係にあるときには、図２の縦軸はエンジン回転数差とすることもできる。
【００２０】
以上の制御を実現するため、ＥＣＵ４０は図４の制御ルーチンを実施する。図４の制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ４０に記憶されており、適時に読み出されて燃焼室内温度が冷間時に相当する所定値未満の場合に実行される。
【００２１】
ＥＣＵ４０は、ステップＳ０で所定の始動要求等に応じてエンジン３が始動された後、ステップＳ１において、エンジン３の停止要求があるか否かを判定する。停止要求がある場合は、ステップＳ１３に進みエンジン３に対する停止処理を実施してエンジン３を停止させてルーチンを抜ける。一方、停止要求がない場合はステップＳ２に処理を進める。
【００２２】
ステップＳ２において、ＥＣＵ４０はアクセル開度及び車速に基づいてエンジン要求出力Ｂを算出する。アクセル開度はアクセル開度センサ４１の出力信号に基づいて、車速は車速センサ４２の出力信号に基づいてそれぞれ取得される。ステップＳ３において、ＥＣＵ４０は燃焼室内温度に基づいてエンジントルク制限値Ａを設定する。エンジントルク制限値Ａはエンジン３のエンジントルクを制限するためのものであり、燃焼室内温度が高いほど大きな値となるように不図示の算出マップに基づいて設定される。
【００２３】
この算出マップには、ＰＮ値が許容範囲内に抑制され得るエンジントルク制限値Ａが燃焼室内温度毎に設定されている。したがって、ＥＣＵ４０がこの算出マップに基づいてエンジントルク制限値Ａを設定することによりＰＮ値が許容範囲内に抑制されることが補償される。なお、燃焼室内温度は筒内温度センサ４５の出力信号に基づいて取得されるが、燃焼室内温度を筒内温度センサ４５で取得する代わりに、冷却水温、間欠時間、始動後のエンジン仕事量等の燃焼室内温度と相関する物理量に基づいて燃焼室内温度を推定して取得することも可能である。
【００２４】
ステップＳ４において、ＥＣＵ４０はステップＳ２で算出したエンジン要求出力Ｂに基づいて、最適燃費線Ｌ（図２参照）上のトルクＢ′を算出する。ステップＳ５において、ＥＣＵ４０はトルクＢ′がエンジントルク制限値Ａよりも大きいか否かを判定する。トルクＢ′がエンジントルク制限値Ａよりも大きい場合はステップＳ６に進み、そうでない場合は以後の処理をスキップしてステップＳ１に処理を戻す。
【００２５】
ステップＳ６において、ＥＣＵ４０は最適燃費線Ｌとエンジントルク制限値Ａとの交点に相当する出力Ｆ′（図２参照）を仮に設定する。ステップＳ７において、ＥＣＵ４０はＳＯＣセンサ４３の出力信号を参照してバッテリ３６の蓄電率を取得する。ステップＳ８において、ＥＣＵ４０はステップＳ７で取得した蓄電率に基づいてエンジン出力とエンジン要求出力との許容差Ｃ（図３参照）を算出する。エンジン３の動作点の変更量がこの許容差Ｃ以下であれば、動作点変更時に第２モータ・ジェネレータ５による出力補助を実施してもバッテリ３６の蓄電率の下限値未満とならないことが補償される。つまりバッテリ３６の蓄電率が下限値以上に維持される。この下限値は本発明に係る所定値に相当する。
【００２６】
ステップＳ９において、ＥＣＵ４０は今回の計算でエンジン出力に追加する出力追加分Ｇを算出する。出力追加分Ｇは、エンジン要求出力ＢからステップＳ６で設定した動作点Ｆ′及びステップＳ８で算出した許容差Ｃのそれぞれを減じることにより算出される。
【００２７】
ステップＳ１０において、ＥＣＵ４０はエンジン３に対する出力指令値であるエンジン指示出力Ｆを算出する。エンジン指示出力Ｆは、ステップＳ６で設定した出力Ｆ′にステップＳ９で算出した出力追加分Ｇを加算することにより算出される。
【００２８】
ステップＳ１１において、ＥＣＵ４０はステップＳ１０で算出したエンジン指示出力Ｆとエンジントルク制限値Ａとに基づいて、制御目標となるエンジン回転数Ｅを算出する。ステップＳ１２において、ＥＣＵ４０は、エンジン３の動作点が、エンジントルク制限値Ａ及びエンジン回転数Ｅであるエンジン動作点に変更されるように動力分割機構６に連結された第１モータ・ジェネレータ４を制御する。そして、処理をステップＳ１に戻す。
【００２９】
以上の制御ルーチンによれば、エンジントルク制限値を超えず、かつ蓄電率が下限値以上に維持されるように出力制御が行われる。これにより、エンジン３のトルク増加に伴うＰＮ値の悪化を抑制でき、かつバッテリ３６の蓄電率の低下によるエンジン３の余計な出力増加によるＰＮ値の悪化も抑制できる。ＥＣＵ４０は、図４の制御ルーチンのステップＳ３を実行することにより本発明に係る設定手段として機能し、ステップＳ４〜ステップＳ１２を実行することにより本発明に係る制御手段として機能する。
【００３０】
本発明は上記形態に限定されずに種々の形態にて実施できる。上記形態では車両に搭載された内燃機関として過給機付きのエンジンが用いられているが、本発明の出力制御装置は自然吸気エンジンが搭載されたハイブリッド車両に適用されてもよい。
【００３１】
また、本発明は、図示の駆動装置の形態に適用範囲が限定されるものではない。図示の形態はいわゆるシリーズパラレル型のハイブリッド車両であるが、本発明の出力制御装置をパラレル型のハイブリッド車両に適用することも可能である。また、図示の形態は、第１モータ・ジェネレータ５とエンジン３とが動力分割機構６に連結されることによって電気的な無段変速機を構成しているが、内燃機関の動作点を任意に変更できる限りにおいて駆動装置の形態は問わない。例えば、ベルト式等の無段変速機が搭載されていて、単一の電動機でエンジン出力を補助する形態のハイブリッド車両に本発明を適用することもできる。
【符号の説明】
【００３２】
１  車両
３  エンジン（内燃機関）
５  第２モータ・ジェネレータ（電動機）
３６  バッテリ（蓄電手段）
４０  ＥＣＵ（設定手段、制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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