JP2006226181A - 動力出力装置およびこれを搭載する自動車並びに動力出力装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】筒内用燃料噴射弁とポート用燃料噴射弁とを有する内燃機関と電動機とを備える動力出力装置において筒内用燃料噴射弁への燃料の圧力が十分でなく使用不可状態にあるときでも駆動軸に要求動力を出力しながら内燃機関の運転に伴う筒内用燃料噴射弁の過熱を抑制する。
【解決手段】筒内用燃料噴射バルブへの燃圧Pfが基準燃圧Pref未満のときには駆動軸に要求される要求トルクTr*に基づいて得られる車両要求パワーPv*とパワー制限Pelimとのうち小さい方をエンジン要求パワーPe*に設定し(S120,S130)、設定したエンジン要求パワーPe*がエンジンから出力されると共にバッテリの放電を伴って要求トルクTr*が駆動軸に出力されるようエンジンと二つのモータとを制御する。これにより、駆動軸に要求トルクTr*を出力しながらエンジンを高負荷運転することによる筒内用燃料噴射バルブの先端温度の上昇を抑制できる。
【選択図】図3
【解決手段】筒内用燃料噴射バルブへの燃圧Pfが基準燃圧Pref未満のときには駆動軸に要求される要求トルクTr*に基づいて得られる車両要求パワーPv*とパワー制限Pelimとのうち小さい方をエンジン要求パワーPe*に設定し(S120,S130)、設定したエンジン要求パワーPe*がエンジンから出力されると共にバッテリの放電を伴って要求トルクTr*が駆動軸に出力されるようエンジンと二つのモータとを制御する。これにより、駆動軸に要求トルクTr*を出力しながらエンジンを高負荷運転することによる筒内用燃料噴射バルブの先端温度の上昇を抑制できる。
【選択図】図3
Description
本発明は、駆動軸に動力を出力する動力出力装置およびこれを搭載し前記駆動軸に車軸が接続されて走行する自動車並びに動力出力装置の制御方法に関する。
従来、この種の動力出力装置としては、筒内に直接燃料噴射する直接燃料噴射式のエンジンにおいて、燃料噴射弁から燃料噴射するために加圧燃料を貯留するコモンレールと吸気管とをベーパ排出管により接続すると共にこのベーパ排出管にベーパパージバルブを取り付けたものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この装置では、エンジンを始動する際にコモンレール内の加圧燃料の圧力や温度からベーパの存在が判断されるときには、ベーパパージバルブを開弁してベーパを排出することにより、ベーパの存在により燃料噴射弁から燃料噴射できなくなるのを防止し、エンジンをより確実に始動することができる、としている。
特開平10−89185号公報
上述の動力出力装置では、コモンレール内のベーパを排出するために時間を要するからエンジンを迅速に始動することができない場合が生じる。これに対して、前述した直接燃料噴射式と吸気ポートに燃料噴射するポート燃料噴射式とを兼ね備えるエンジンでは、ベーパの発生等により直接噴射方式用のコモンレール内の燃料の圧力が低く筒内用燃料噴射弁を使用できないときでもポート用燃料噴射弁を使用して吸気ポートに燃料噴射することにより、エンジンを始動して運転することができる。しかし、筒内用燃料噴射弁を使用できない状態でポート用燃料噴射弁を使用してエンジンの運転を継続すると、筒内用燃料噴射弁からの燃料噴射による自身の冷却は行なえないから、エンジンから出力する動力の大きさ(負荷)によっては筒内の温度上昇に伴って筒内用燃料噴射弁の温度(先端温度)が大きく上昇してしまう。
本発明の動力出力装置およびこれを搭載する自動車並びに動力出力装置の制御方法は、筒内用燃料噴射弁とポート用燃料噴射弁とを有する内燃機関と原動機とを備える動力出力装置において、駆動軸に動力を出力しながら内燃機関の運転に伴う筒内用燃料噴射弁の温度上昇を抑制することを目的の一つとする。また、本発明の動力出力装置およびこれを搭載する自動車並びに動力出力装置の制御方法は、筒内用燃料噴射弁とポート用燃料噴射弁とを有する内燃機関と原動機とを備える動力出力装置において、駆動軸への要求動力に対応しながら内燃機関の運転に伴う筒内用燃料噴射弁の温度上昇を抑制することを目的の一つとする。
本発明の動力出力装置およびこれを搭載する自動車並びに動力出力装置の制御方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
本発明の動力出力装置は、
駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
筒内に燃料を噴射する筒内用燃料噴射弁と吸気ポートに燃料を噴射するポート用燃料噴射弁とを有し、前記駆動軸に動力を出力可能な内燃機関と、
前記駆動軸に動力を出力可能な原動機と、
前記筒内用燃料噴射弁の所定の温度上昇抑制条件が成立したとき、前記内燃機関に優先して前記原動機から動力が出力されるよう該内燃機関と該原動機とを制御する温度上昇抑制制御を行なう制御手段と
を備えることを要旨とする。
駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
筒内に燃料を噴射する筒内用燃料噴射弁と吸気ポートに燃料を噴射するポート用燃料噴射弁とを有し、前記駆動軸に動力を出力可能な内燃機関と、
前記駆動軸に動力を出力可能な原動機と、
前記筒内用燃料噴射弁の所定の温度上昇抑制条件が成立したとき、前記内燃機関に優先して前記原動機から動力が出力されるよう該内燃機関と該原動機とを制御する温度上昇抑制制御を行なう制御手段と
を備えることを要旨とする。
この本発明の動力出力装置では、筒内用燃料噴射弁の所定の温度上昇抑制条件が成立したとき、内燃機関に優先して原動機から動力が出力されるよう内燃機関と原動機とを制御する温度上昇抑制制御を行なうから、駆動軸に動力を出力しながら内燃機関の運転に伴う筒内用燃料噴射弁の温度上昇を抑制することができる。
こうした本発明の動力出力装置において、前記制御手段は、前記温度上昇抑制条件として前記筒内用燃料噴射弁が使用不可状態にあるときに該使用不可状態が解消されるまで前記温度上昇抑制制御を行なう手段であるものとすることもできる。こうすれば、筒内用燃料噴射弁が使用できないときでも駆動軸に動力を出力しながら内燃機関の運転に伴う筒内用燃料噴射弁の温度上昇を抑制することができる。この場合、前記制御手段は、前記使用不可状態として前記筒内用燃料噴射弁に供給される燃料の圧力が所定圧力未満のときに該所定圧力以上となるまで前記温度上昇抑制制御を行なう手段であるものとすることもできる。
また、本発明の動力出力装置において、所定の停止条件が成立したときには前記内燃機関を自動停止し、所定の始動条件が成立したときには該内燃機関を自動始動する自動始動停止手段を備え、前記温度上昇抑制制御は、前記自動始動停止手段により使用不可状態にある前記筒内用燃料噴射弁に代えて前記ポート用燃料噴射弁を使用して前記内燃機関を自動始動した以降に行なわれる制御であるものとすることもできる。
さらに、本発明の動力出力装置において、操作者の操作に基づいて前記駆動軸に要求される要求動力を設定する要求動力設定手段を備え、前記制御手段は、前記設定された要求動力に基づく動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記原動機とを制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、要求動力に対応することができる。
本発明の動力出力装置において、前記原動機は、電動機であり、前記電動機と電力をやりとり可能な蓄電手段を備え、前記制御手段は、前記蓄電手段の出力制限の範囲で前記要求動力に基づく動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記電動機とを制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、蓄電手段の過放電を抑制しながら要求動力に対応することができる。
本発明の自動車は、
上述した各態様のいずれかの本発明の動力出力装置、即ち、基本的には、駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、筒内に燃料を噴射する筒内用燃料噴射弁と吸気ポートに燃料を噴射するポート用燃料噴射弁とを有し前記駆動軸に動力を出力可能な内燃機関と、前記駆動軸に動力を出力可能な原動機と、前記筒内用燃料噴射弁の所定の温度上昇抑制条件が成立したとき、前記内燃機関に優先して前記原動機から動力が出力されるよう該内燃機関と該原動機とを制御する温度上昇抑制制御を行なう制御手段とを備える動力出力装置を搭載し、前記駆動軸に車軸が接続されて走行する
ことを要旨とする。
上述した各態様のいずれかの本発明の動力出力装置、即ち、基本的には、駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、筒内に燃料を噴射する筒内用燃料噴射弁と吸気ポートに燃料を噴射するポート用燃料噴射弁とを有し前記駆動軸に動力を出力可能な内燃機関と、前記駆動軸に動力を出力可能な原動機と、前記筒内用燃料噴射弁の所定の温度上昇抑制条件が成立したとき、前記内燃機関に優先して前記原動機から動力が出力されるよう該内燃機関と該原動機とを制御する温度上昇抑制制御を行なう制御手段とを備える動力出力装置を搭載し、前記駆動軸に車軸が接続されて走行する
ことを要旨とする。
この本発明の自動車では、上述した本発明の動力出力装置を搭載するから、本発明の動力出力装置が奏する効果と同様の効果、例えば、駆動軸に動力を出力しながら内燃機関の運転に伴う筒内用燃料噴射弁の温度上昇を抑制することができる効果や要求動力に対応することができる効果、蓄電手段の過放電を抑制しながら要求動力に対応することができる効果などを奏することができる。
本発明の動力出力装置の制御方法は、
筒内に燃料を噴射する筒内用燃料噴射弁と吸気ポートに燃料を噴射するポート用燃料噴射弁とを有し駆動軸に動力を出力可能な内燃機関と、前記駆動軸に動力を出力可能な原動機と、を備える動力出力装置の制御方法であって、
前記筒内用燃料噴射弁に供給される燃料の圧力が所定圧力未満のときには該所定圧力以上となるまで前記内燃機関に優先して前記原動機から動力が出力されるよう該内燃機関と該原動機とを制御する
ことを要旨とする。
筒内に燃料を噴射する筒内用燃料噴射弁と吸気ポートに燃料を噴射するポート用燃料噴射弁とを有し駆動軸に動力を出力可能な内燃機関と、前記駆動軸に動力を出力可能な原動機と、を備える動力出力装置の制御方法であって、
前記筒内用燃料噴射弁に供給される燃料の圧力が所定圧力未満のときには該所定圧力以上となるまで前記内燃機関に優先して前記原動機から動力が出力されるよう該内燃機関と該原動機とを制御する
ことを要旨とする。
この本発明の動力出力装置の制御方法によれば、筒内用燃料噴射弁の所定の温度上昇抑制条件が成立したとき、内燃機関に優先して原動機から動力が出力されるよう内燃機関と原動機とを制御する温度上昇抑制制御を行なうから、駆動軸に動力を出力しながら内燃機関の運転に伴う筒内用燃料噴射弁の温度上昇を抑制することができる。
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車20は、図示するように、エンジン22と、エンジン22の出力軸としてのクランクシャフト26にダンパ28を介して複数のピニオンギヤ33を連結するキャリア34が接続されると共にギヤ機構37とデファレンシャルギヤ38を介して駆動輪39a、39bにリングギヤ32が連結されたリングギヤ軸32aが接続された動力分配統合機構30と、この動力分配統合機構30のサンギヤ31に接続された発電可能なモータMG1と、動力分配統合機構30のリングギヤ32にリングギヤ軸32aと減速ギヤ35とを介して接続されたモータMG2と、動力出力装置全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット70とを備える。
エンジン22は、図2に示すように、筒内に直接ガソリンや軽油などの炭化水素系の燃料を噴射する筒内用燃料噴射バルブ125(図1には125a〜125dと表示)と、吸気ポートに燃料を噴射するポート用燃料噴射バルブ126(図1には126a〜126dと表示)とを備える内燃機関として構成されている。エンジン22は、こうした二種類の燃料噴射バルブ125,126を備えることにより、エアクリーナ122により清浄された空気をスロットルバルブ124を介して吸入すると共にポート用燃料噴射バルブ126からガソリンを噴射して吸入された空気とガソリンとを混合し、この混合気を吸気バルブ128を介して燃焼室に吸入し、点火プラグ130による電気火花によって爆発燃焼させて、そのエネルギにより押し下げられるピストン132の往復運動をクランクシャフト26の回転運動に変換するポート噴射駆動モードと、同様にして空気を燃焼室に吸入し、吸気行程の途中あるいは圧縮行程に至ってから筒内用燃料噴射バルブ125から燃料を噴射し、点火プラグ130による電気火花によって爆発燃焼させてクランクシャフト26の回転運動を得る筒内噴射駆動モードと、空気を燃焼室に燃焼する際にポート用燃料噴射バルブ126から燃料噴射すると共に吸気行程や圧縮行程で筒内用燃料噴射バルブ125から燃料噴射してクランクシャフト26の回転運動を得る共用噴射駆動モードと、のいずれかの駆動モードにより運転制御される。これらの駆動モードは、エンジン22の運転状態やエンジン22に要求される運転状態などに基づいて切り替えられる。なお、エンジン22からの排気は、一酸化炭素(CO)や炭化水素(HC),窒素酸化物(NOx)の有害成分を浄化する浄化装置(三元触媒)134を介して外気へ排出される。
図1に示すように、ポート用燃料噴射バルブ126a〜126dには、燃料ポンプ62により燃料タンク60の燃料が供給されている。筒内用燃料噴射バルブ125a〜125dには、燃料タンク60から燃料ポンプ62により供給され高圧燃料ポンプ64により加圧された燃料がデリバリパイプ66によって供給されている。なお、燃料ポンプ62や高圧燃料ポンプ64のアクチュエータとしての電動機62a,64aには、DC/DCコンバータ90を介してバッテリ50からの電力が供給されている。また、図示しないが、高圧燃料ポンプ64の吐出側には燃料の逆流を防止すると共にデリバリパイプ66内の燃料圧力(燃圧)を保持するチェックバルブが取り付けられている。デリバリパイプ66は、燃圧が過剰となるのを防止するリリーフバルブ67を介して燃料を燃料タンク60に戻すリリーフパイプ68が取り付けられている。なお、エンジン22の停止中における筒内用燃料噴射弁125a〜125dに供給される燃料の燃圧は、筒内用燃料噴射弁125a〜125dからの燃料漏れを防止するために所定圧力まで降下するようになっている。
エンジン22は、エンジン用電子制御ユニット(以下、エンジンECUという)24により制御されている。エンジンECU24には、エンジン22の状態などを検出する種々のセンサからの信号が図示しない入力ポートを介して入力されている。例えば、エンジンECU24には、クランクシャフト26の回転位置を検出するクランクポジションセンサ140からのクランクポジションやエンジン22の冷却水の温度を検出する水温センサ142からの冷却水温,燃焼室へ吸排気を行なう吸気バルブ128や排気バルブを開閉するカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサ144からのカムポジション,スロットルバルブ124のポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサ146からのスロットルポジション,エンジン22の負荷としての吸入空気量を検出するバキュームセンサ148からの吸入空気量,筒内用燃料噴射バルブ125a〜125dに燃料を供給するデリバリパイプ66に取り付けられた燃圧センサ69からの燃圧Pfなどが入力ポートを介して入力されている。また、エンジンECU24からは、エンジン22を駆動するための種々の制御信号が図示しない出力ポートを介して出力されている。例えば、エンジンECU24からは、筒内用燃料噴射バルブ125a〜125dやポート用燃料噴射バルブ126a〜126dへの駆動信号やスロットルバルブ124のポジションを調節するスロットルモータ136への駆動信号,イグナイタと一体化されたイグニッションコイル138への制御信号,吸気バルブ128の開閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構150への制御信号,燃料ポンプ62や高圧燃料ポンプ64の電動機62a,64aへの駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。また、エンジンECU24は、ハイブリッド用電子制御ユニット70と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット70からの制御信号によりエンジン22を運転制御すると共に必要に応じてエンジン22の運転状態に関するデータを出力する。
モータMG1およびモータMG2は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ41,42を介して電力ライン54により接続されたバッテリ50と電力のやりとりを行なう。モータMG1,MG2は、いずれもモータ用電子制御ユニット(以下、モータECUという)40により駆動制御されている。モータECU40には、モータMG1,MG2を駆動制御するために必要な信号、例えばモータMG1,MG2の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ43,44からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータMG1,MG2に印加される相電流などが入力されており、モータECU40からは、インバータ41,42へのスイッチング制御信号が出力されている。モータECU40は、ハイブリッド用電子制御ユニット70と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット70からの制御信号によってモータMG1,MG2を駆動制御すると共に必要に応じてモータMG1,MG2の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。
バッテリ50は、バッテリ用電子制御ユニット(以下、バッテリECUという)52によって管理されている。バッテリECU52には、バッテリ50を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ50の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧,バッテリ50の出力端子に接続された電力ライン54に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流,バッテリ50に取り付けられた温度センサ51からの電池温度Tbなどが入力されており、必要に応じてバッテリ50の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。バッテリECU52では、バッテリ50を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量(SOC)も演算している。
ハイブリッド用電子制御ユニット70は、CPU72を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU72の他に処理プログラムを記憶するROM74と、データを一時的に記憶するRAM76と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット70には、イグニッションスイッチ80からのイグニッション信号,シフトレバー81の操作位置を検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSP,アクセルペダル83の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Acc,ブレーキペダル85の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP,車速センサ88からの車速Vなどが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット70は、前述したように、エンジンECU24やモータECU40,バッテリECU52と通信ポートを介して接続されており、エンジンECU24やモータECU40,バッテリECU52と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20は、運転者によるアクセルペダル83の踏み込み量に対応するアクセル開度Accと車速Vとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸32aに出力されるように、エンジン22とモータMG1とモータMG2とが運転制御される。エンジン22とモータMG1とモータMG2の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン22から出力されるようにエンジン22を運転制御すると共にエンジン22から出力される動力のすべてが動力分配統合機構30とモータMG1とモータMG2とによってトルク変換されてリングギヤ軸32aに出力されるようモータMG1およびモータMG2を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力とバッテリ50の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン22から出力されるようにエンジン22を運転制御すると共にバッテリ50の充放電を伴ってエンジン22から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構30とモータMG1とモータMG2とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸32aに出力されるようモータMG1およびモータMG2を駆動制御する充放電運転モード、エンジン22の運転を停止してモータMG2からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸32aに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。ここで、トルク変換運転モードは、充放電運転モードにおいてバッテリ50の充放電電力が値0のときであるから、充放電運転モードの一態様として考えることができる。したがって、実施例のハイブリッド自動車20は、モータ運転モードと充放電運転モードとを切り替えて走行することになる。実施例のハイブリッド自動車20では、充放電運転モードで動作している最中に、バッテリ50の残容量(SOC)が管理領域内にあり、運転者のアクセルペダル83の踏み込みに応じて設定される車両要求パワーが第1の所定値(例えば、2kWや3kW,5kW,7kW,10kWなど)未満となったときにエンジン22の自動停止の条件が成立したとして、エンジン22を自動停止してモータ運転モードに切り替え、モータ運転モードで動作している最中に運転者のアクセルペダル83の踏み込みに応じて設定される車両要求パワーが第1の所定値より大きな第2の所定値(例えば、4kWや5kW,8kW,10kW,15kWなど)以上となったときやバッテリ50の残容量(SOC)が管理領域を下回ったときにエンジン22の自動始動の条件が成立したとして、自動停止したエンジン22を自動始動して充放電運転モードに切り替える。モータ運転モードから充放電運転モードに切り替える際のエンジン22の始動や充放電運転モードにおけるエンジン22の運転は、実施例では、燃圧センサ69からのデリバリパイプ66の燃料の圧力(燃圧Pf)が基準圧力Pref以上のときには前述したポート噴射駆動モードと筒内噴射駆動モードと共用噴射駆動モードとを切り替えて行なわれ、燃圧Pfが基準燃圧Pref未満のときには筒内用燃料噴射バルブ125が使用不可状態にあるとしてポート噴射駆動モードにより行なわれる。
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20の動作について説明する。図3は、実施例のハイブリッド用電子制御ユニット70により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、モータ運転モードで動作している最中にエンジン22の自動始動の条件が成立したときに自動停止したエンジン22を自動始動してモータ運転モードから充放電運転モードに切り替えられたときに所定時間毎(例えば、8msec毎)に繰り返し実行される。
駆動制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット70のCPU72は、まず、アクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Accや車速センサ88からの車速V,燃圧センサ69からの燃圧Pf,モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2,バッテリ50の残容量SOC,バッテリ50の入出力制限Win,Woutなどのデータを入力する処理を実行する(ステップS100)。ここで、モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2は、回転位置検出センサ43,44により検出されるモータMG1,MG2の回転子の回転位置に基づいて演算されたものをモータECU40から通信により入力するものとした。残容量SOCは、電流センサにより検出されたバッテリ50の充放電電流に基づいて演算されたものをバッテリECU52から通信により入力するものとした。入出力制限Win,Woutは、残容量SOCや電池温度などに基づいて設定されたものを入力するものとした。
こうしてデータを入力すると、入力したアクセル開度Accと車速Vとに基づいて駆動輪39a,39bに連結された駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力すべき要求トルクTr*と車両全体に要求される車両要求パワーPv*とを設定する(ステップS110)。ここで、要求トルクTr*は、実施例では、アクセル開度Accと車速Vと要求トルクTr*との関係を予め求めて要求トルク設定用マップとしてROM74に記憶しておき、アクセル開度Accと車速Vとが与えられると記憶しているマップから対応する要求トルクTr*を導出することにより設定するものとした。この要求トルク設定用マップの一例を図4に示す。また、車両要求パワーPv*は、導出した要求トルクTr*にリングギヤ軸32aの回転数Nrを乗じたものとバッテリ50の充放電要求パワーPb*と損失Lossとの和により演算されたものを設定するものとした。ここで、リングギヤ軸32aの回転数Nrは、モータMG2の回転数Nm2を減速ギヤ35のギヤ比Grで割ることにより求めたり、車速Vに換算係数kを乗じることにより求めたりすることができる。また、充放電要求パワーPb*は、残容量SOCやアクセル開度Accに基づいて設定することができる。
次に、入力した燃圧Pfと基準燃圧Prefとを比較する(ステップS120)。ここで、基準燃圧Prefは、筒内用燃料噴射バルブ125から燃料噴射が可能な十分な燃圧として設定されている。したがって、自動停止したエンジン22の自動始動の条件が成立したときに燃圧Pfが基準燃圧Pref未満であるときには、筒内用燃料噴射バルブ125は使用不可状態としてポート用燃料噴射バルブ126の使用によりエンジン22が始動され運転されることになる。このとき、通常では高圧燃料ポンプ64の駆動によりデリバリパイプ66の燃圧Pfは迅速に上昇するから、筒内用燃料噴射バルブ125を迅速に使用可能な状態とすることができるが、デリバリパイプ66内のベーパの発生等により高圧燃料ポンプ64の駆動によっても燃圧Pfがなかなか上昇せずに筒内用燃料噴射バルブ125の使用不可状態が比較的長時間に亘って継続する場合がある。実施例では、こうした状態を検出するために燃圧Pfと基準燃圧Prefとを比較しているのである。燃圧Pfが基準燃圧Pref未満と判定されたときには、筒内用燃料噴射バルブ125が使用不可状態にあると判断し、車両要求パワーPv*とパワー制限Pelimとのうち小さい方をエンジン22から出力すべきエンジン要求パワーPe*に設定し(ステップS130)、燃圧Pfが基準燃圧Pref未満でない(基準燃圧Pref以上)と判定されたときには、筒内用燃料噴射バルブ125は使用可能と判断し、車両要求パワーPv*をそのままエンジン要求パワーPe*に設定する(ステップS140)。ここで、パワー制限Pelimは、筒内用燃料噴射バルブ125の先端温度の上昇を抑制するためにエンジン22から出力してもよいパワーの上限として設定されるものであり、筒内用燃料噴射バルブ125の性能などにより定められる。
エンジン要求パワーPe*を設定すると、設定したエンジン要求パワーPe*とエンジン22が効率よく運転できる動作ラインとに基づいてエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定する(ステップS150)。エンジン22の動作ラインの一例および目標回転数Ne*と目標トルクTe*を設定する様子を図5に示す。目標回転数Ne*と目標トルクTe*は、図示するように、動作ラインとエンジン要求パワーPe*(=Ne*×Te*)が一定の曲線との交点により求めることができる。
エンジン22の目標回転数Ne*を設定すると、設定した目標回転数Ne*とリングギヤ軸32aの回転数Nr(=Nm2/Gr)と動力分配統合機構30のギヤ比ρとを用いて次式(1)によりモータMG1の目標回転数Nm1*を設定すると共に設定した目標回転数Nm1*と現在の回転数Nm1とに基づいて次式(2)によりモータMG1のトルク指令Tm1*を設定する(ステップS160)。動力分配統合機構30の各回転要素の回転数とトルクの力学的な関係を示す共線図を図6に示す。図中、左のS軸はサンギヤ31の回転数を示し、C軸はキャリア34の回転数を示し、R軸はリングギヤ32(リングギヤ軸32a)の回転数Nrを示す。前述したように、サンギヤ31の回転数はモータMG1の回転数Nm1でありキャリア34の回転数はエンジン22の回転数Neであるから、モータMG1の目標回転数Nm1*はリングギヤ軸32aの回転数Nrとエンジン22の目標回転数Ne*と動力分配統合機構30のギヤ比ρとに基づいて式(1)により計算することができる。したがって、モータMG1が目標回転数Nm1*で回転するようトルク指令Tm1*を設定してモータMG1を駆動制御することにより、エンジン22を目標回転数Ne*で回転させることができる。ここで、式(2)は、モータMG1を目標回転数Nm1*で回転させるためのフィードバック制御における関係式であり、式(2)中、右辺第2項の「KP」は比例項のゲインであり、右辺第3項の「KI」は積分項のゲインである。なお、図6におけるR軸上の2つの太線矢印は、エンジン22を目標回転数Ne*および目標トルクTe*の運転ポイントで定常運転したときにエンジン22から出力されるトルクTe*がリングギヤ軸32aに伝達されるトルクと、モータMG2から出力されるトルクTm2*がリングギヤ軸32aに作用するトルクとを示す。
Nm1*=(Ne*・(1+ρ)-Nm2/Gr)/ρ …(1)
Tm1*=前回Tm1*+KP(Nm1*-Nm1)+KI∫(Nm1*-Nm1)dt …(2)
Tm1*=前回Tm1*+KP(Nm1*-Nm1)+KI∫(Nm1*-Nm1)dt …(2)
モータMG1の目標回転数Nm1*とトルク指令Tm1*とを設定すると、要求トルクTr*とトルク指令Tm1*と動力分配統合機構30のギヤ比ρと減速ギヤ35のギヤ比Grとに基づいて要求トルクTr*をリングギヤ軸32aに作用させるためにモータMG2から出力すべきトルクとしての仮モータトルクTm2tmpを図6の共線図のトルクの釣り合いから定まる次式(3)により計算すると共に(ステップS170)、バッテリ50の入出力制限Win,WoutとモータMG1のトルク指令Tm1*と現在のモータMG1の回転数Nm1とモータMG2の回転数Nm2とに基づいて次式(4)および次式(5)によりモータMG2から出力してもよいトルクの下限,上限としてのトルク制限Tm2min,Tm2maxを計算し(ステップS180)、計算した仮モータトルクTm2tmpと計算したトルク制限Tm2maxとのうち小さい方と計算したトルク制限Tm2minとを比較して大きい方をモータMG2のトルク指令Tm2*に設定する(ステップS190)。これにより、モータMG2のトルク指令Tm2*を、バッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内で制限したトルクとして設定することができる。
Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr …(3)
Tm2min=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 …(4)
Tm2max=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 …(5)
Tm2min=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 …(4)
Tm2max=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 …(5)
こうしてエンジン22の目標回転数Ne*や目標トルクTe*,モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を設定すると、エンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*についてはエンジンECU24に、モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*についてはモータECU40にそれぞれ送信して(ステップS200)、本ルーチンを終了する。目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを受信したエンジンECU24は、エンジン22が目標回転数Ne*と目標トルクTe*とによって示される運転ポイントで運転されるようにエンジン22における燃料噴射制御や点火制御などの制御を行なう。また、トルク指令Tm1*,Tm2*を受信したモータECU40は、トルク指令Tm1*でモータMG1が駆動されると共にトルク指令Tm2*でモータMG2が駆動されるようインバータ41,42のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。
このように、デリバリパイプ66の燃圧Pfが基準燃圧Pref未満にあり筒内用燃料噴射バルブ125が使用不可状態にあるときにはパワー制限Pelimをもってエンジン22から出力する動力(パワー)を制限して運転するのは、エンジン22の負荷を低減して筒内の温度上昇を抑制することにより、筒内用燃料噴射バルブ125の先端温度の上昇を抑制するためである。これは、通常は、筒内用燃料噴射バルブ125が使用可能な状態であればその燃料噴射により自身の先端温度の上昇を抑制できるが、筒内用燃料噴射バルブ125が使用不可状態にあるために燃料噴射により自身を冷却できないことに基づく。エンジン22から出力する動力(パワー)を制限することにより車両要求パワーPv*に対して不足するパワーはバッテリ50からの放電パワーによって補われてモータMG2から出力されるから、リングギヤ軸32aには要求トルクTr*を出力することができる。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20によれば、燃圧Pfが基準燃圧Pref未満であり筒内用燃料噴射バルブ125が使用不可状態にあるときには、車両要求パワーPv*とパワー制限Pelimとのうち小さい方をエンジン要求パワーPe*に設定すると共にエンジン要求パワーPe*では車両要求パワーPv*に対して不足するパワーはバッテリ50からの放電パワーにより補われてモータMG2から出力するから、リングギヤ軸32aに要求トルクTr*を出力しながらエンジン22の筒内の温度上昇を抑制して筒内用燃料噴射バルブ125の先端温度の上昇を抑制することができる。この結果、筒内用燃料噴射バルブ125から燃料噴射が行なえないときでもリングギヤ軸32aに要求トルクTr*を出力しながら筒内用燃料噴射バルブ125の不具合の発生を抑止することができる。しかも、バッテリ50の出力制限Woutの範囲でモータMG2から動力を出力するから、バッテリ50の過放電を抑制しながら要求トルクTr*に対応することができる。
実施例のハイブリッド自動車20では、燃圧Pfが基準燃圧Pref未満のときにエンジン22から出力する動力(パワー)を制限すると共に要求トルクTr*がリングギヤ軸32aに出力されるようエンジン22とモータMG1,MG2とを制御するものとしたが、デリバリパイプ66内の燃料の圧力(燃圧Pf)や燃料の温度等からベーパの発生を推定し、ベーパの発生が推定されているときにエンジン22から出力する動力を制限するものとしてもよい。更に、筒内用燃料噴射バルブ125の温度(先端温度)を推定し、推定した温度が所定温度以上のときにエンジン22から出力する動力を制限するものとしても構わない。
実施例のハイブリッド自動車20やその変形例では、電動駆動する高圧燃料ポンプ64を用いてデリバリパイプ66に加圧して燃料を供給するものとしたが、エンジン22のクランクシャフト26の回転により駆動する機械式の高圧燃料ポンプを用いてデリバリパイプ66に加圧して燃料を供給するものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20やその変形例では、エンジン22の動力を動力分配統合機構30を介して駆動輪39a,39bに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力するものとしたが、図7の変形例のハイブリッド自動車120に例示するように、モータMG2の動力をリングギヤ軸32aが接続された車軸(駆動輪39a,39bが接続された車軸)とは異なる車軸(図7における車輪39c,39dに接続された車軸)に接続するものとしたり、図8の変形例のハイブリッド自動車220に例示するように、エンジン22のクランクシャフト26に接続されたインナーロータ232と駆動輪39a,39bに動力を出力する駆動軸に接続されたアウターロータ234とを有し、エンジン22の動力の一部を駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機230を備えるものとしたりしてもよい。このように、筒内用燃料噴射バルブ125とポート用燃料噴射バルブ126とを有するエンジン22を搭載するハイブリッド自動車であれば如何なる構成のハイブリッド自動車としてもよい。更に、こうした筒内用燃料噴射バルブ125とポート用燃料噴射バルブ126とを備えるエンジン22とモータ等の原動機とを自動車以外の列車などの車両や船舶,航空機などの移動体に搭載するものとしてもよく、移動体以外の設備に組み込まれるものとしても構わない。
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、自動車産業に利用可能である。
20,120,220 ハイブリッド自動車、22 エンジン、24 エンジン用電子制御ユニット(エンジンECU)、26 クランクシャフト、28 ダンパ、30 動力分配統合機構、31 サンギヤ、32 リングギヤ、32a リングギヤ軸、33 ピニオンギヤ、34 キャリア、35 減速ギヤ、37 ギヤ機構、38 デファレンシャルギヤ、39a,39b 駆動輪、39c,39d 車輪、40 モータ用電子制御ユニット(モータECU)、41,42 インバータ、43,44 回転位置検出センサ、50 バッテリ、51 温度センサ、52 バッテリ用電子制御ユニット(バッテリECU)、54 電力ライン、60 燃料タンク、62 燃料ポンプ、62a,64a 電動機、64 高圧燃料ポンプ、66 デリバリパイプ、67 リリーフバルブ、68 リリーフパイプ、69 燃圧センサ、70 ハイブリッド用電子制御ユニット、72 CPU、74 ROM、76 RAM、80 イグニッションスイッチ、81 シフトレバー、82 シフトポジションセンサ、83 アクセルペダル、84 アクセルペダルポジションセンサ、85 ブレーキペダル、86 ブレーキペダルポジションセンサ、88 車速センサ、90 DC/DCコンバータ、122 エアクリーナ、124 スロットルバルブ、125,125a〜125d 筒内用燃料噴射バルブ、126,126a〜126d ポート用燃料噴射バルブ、128 吸気バルブ、130 点火プラグ、132 ピストン、134 浄化装置、136 スロットルモータ、138 イグニッションコイル、140 クランクポジションセンサ、142 水温センサ、144 カムポジションセンサ、146 スロットルバルブポジションセンサ、148 バキュームセンサ、150 可変バルブタイミング機構、230 対ロータ電動機、232 インナーロータ 234 アウターロータ、MG1,MG2 モータ。
Claims (8)
- 駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
筒内に燃料を噴射する筒内用燃料噴射弁と吸気ポートに燃料を噴射するポート用燃料噴射弁とを有し、前記駆動軸に動力を出力可能な内燃機関と、
前記駆動軸に動力を出力可能な原動機と、
前記筒内用燃料噴射弁の所定の温度上昇抑制条件が成立したとき、前記内燃機関に優先して前記原動機から動力が出力されるよう該内燃機関と該原動機とを制御する温度上昇抑制制御を行なう制御手段と
を備える動力出力装置。 - 前記制御手段は、前記温度上昇抑制条件として前記筒内用燃料噴射弁が使用不可状態にあるときに該使用不可状態が解消されるまで前記温度上昇抑制制御を行なう手段である請求項1記載の動力出力装置。
- 前記制御手段は、前記使用不可状態として前記筒内用燃料噴射弁に供給される燃料の圧力が所定圧力未満のときに該所定圧力以上となるまで前記温度上昇抑制制御を行なう手段である請求項2記載の動力出力装置。
- 請求項1ないし3いずれか記載の動力出力装置であって、
所定の停止条件が成立したときには前記内燃機関を自動停止し、所定の始動条件が成立したときには該内燃機関を自動始動する自動始動停止手段を備え、
前記温度上昇抑制制御は、前記自動始動停止手段により使用不可状態にある前記筒内用燃料噴射弁に代えて前記ポート用燃料噴射弁を使用して前記内燃機関を自動始動した以降に行なわれる制御である
動力出力装置。 - 請求項1ないし4いずれか記載の動力出力装置であって、
操作者の操作に基づいて前記駆動軸に要求される要求動力を設定する要求動力設定手段を備え、
前記制御手段は、前記設定された要求動力に基づく動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記原動機とを制御する手段である
動力出力装置。 - 請求項5記載の動力出力装置であって、
前記原動機は、電動機であり、
前記電動機と電力をやりとり可能な蓄電手段を備え、
前記制御手段は、前記蓄電手段の出力制限の範囲で前記要求動力に基づく動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記電動機とを制御する手段である
動力出力装置。 - 請求項1ないし6いずれか記載の動力出力装置を搭載し、前記駆動軸に車軸が接続されて走行する自動車。
- 筒内に燃料を噴射する筒内用燃料噴射弁と吸気ポートに燃料を噴射するポート用燃料噴射弁とを有し駆動軸に動力を出力可能な内燃機関と、前記駆動軸に動力を出力可能な原動機と、を備える動力出力装置の制御方法であって、
前記筒内用燃料噴射弁に供給される燃料の圧力が所定圧力未満のときには該所定圧力以上となるまで前記内燃機関に優先して前記原動機から動力が出力されるよう該内燃機関と該原動機とを制御する
動力出力装置の制御方法。
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JP2013203215A (ja) * | 2012-03-28 | 2013-10-07 | Toyota Motor Corp | ハイブリッド自動車 |
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-
2005
- 2005-02-17 JP JP2005040630A patent/JP2006226181A/ja active Pending
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