JP2010255493A - ハイブリッド自動車 - Google Patents

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竜太 寺谷
Shunsuke Fushiki
俊介 伏木
Makoto Yamazaki
誠 山崎
Chisa Watanabe
智紗 渡邉
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Abstract

【課題】エンジンの間欠運転を伴って走行するハイブリッド自動車において、エンジンの始動後に燃料の性状の判定を迅速に行なう。
【解決手段】エンジンの始動後にエンジンを自立運転するときには（Ｓ１００）、エンジンの目標回転数Ｎｅ＊からエンジンの回転数Ｎｅを減じて得られる回転数差（Ｎｅ＊−Ｎｅ）が重質判定回転数差Ｎｒｅｆ以上のときに燃料が重質であると判定して燃料噴射量を増量する補正を行なう（Ｓ１１０，Ｓ１３０）。エンジンの始動後にエンジンを負荷運転するときには（Ｓ１００）、エンジンの目標トルクＴｅ＊からエンジンの出力トルクＴｅを減じて得られるトルク差（Ｔｅ＊−Ｔｅ）が重質判定トルク差Ｔｒｅｆ以上のときに燃料が重質であると判定して燃料噴射量を増量する補正を行なう（Ｓ１２０，Ｓ１３０）。これにより、エンジンの始動後に燃料の性状の判定を迅速に行なうことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハイブリッド自動車に関する。
従来、エンジンの燃料供給装置としては、エンジンの冷却水温に応じて燃料噴射量を増量補正する補正量を設定し、エンジンの始動終了後のアイドル運転状態において始動後からの経過時間が長くなるほど小さくなる傾向を持つ出力変動判定レベルよりもエンジンの筒内圧に基づいて演算されるエンジンの出力変動が小さいときには補正量を小さくし、出力変動判定レベルよりも検出した出力変動が大きいときには補正量を大きくするものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このエンジンの燃料供給装置では、上述の制御により、より適正に燃料噴射量の増量補正をしようとしている。
特開平６−３３６９３９号公報
しかしながら、上述のエンジンの燃料供給装置では、エンジンの出力変動に基づいて燃料の増量補正を行なうことができるものの、エンジンの出力変動に伴う燃料の増量補正が燃料の性状に起因するものであるか否かは判定することができない。エンジンは始動時には不安定になりやすいため、エンジンの始動直後には出力変動が生じやすい。このため、エンジンの始動時には、エンジンの冷却水の温度や大気温度，大気圧などに基づいて様々な燃料の増量補正が行なわれる。特に、ハイブリッド自動車に搭載されるエンジンには、始動時に吸気バルブの開閉タイミングを大きく遅らせると共にエンジンの始動後に燃料の増量補正を伴って開閉タイミングを早めるものもあることから、エンジンの出力変動に基づく燃料の増量補正だけでは、エンジンの出力変動が燃料の性状に起因しているか否かを峻別することは困難である。一方、燃料の性状は、その後のエンジンの制御に用いる必要から、燃料の性状の判定が迅速に行なわれることが望まれる。
本発明のハイブリッド自動車は、エンジンの始動後に燃料の性状の判定を迅速に行なうことを主目的とする。
本発明のハイブリッド自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明のハイブリッド自動車は、
エンジンと、動力を入出力する第１モータと、車軸に連結された駆動軸と前記エンジンの出力軸と前記第１モータの回転軸との３軸に３つの回転要素が接続された遊星歯車機構と、前記駆動軸に接続された第２モータと、前記第１モータおよび前記第２モータと電力のやりとりが可能なバッテリと、前記エンジンの間欠運転を伴って走行するよう前記エンジンと前記第１モータと前記第２モータとを制御する制御手段と、を備えるハイブリッド自動車において、
前記制御手段は、始動後に目標回転数と目標トルクとからなる運転ポイントによる前記エンジンの負荷運転を行なうときには前記第１モータから出力されるトルクに基づいて推定される前記エンジンの出力トルクと前記目標トルクとの差トルクが所定トルク以上のときに燃料が重質であると判定して燃料噴射量を増量する補正を行ない、始動後に自立運転用回転数で前記エンジンを自立運転するときには前記エンジンの回転数と前記自立運転用回転数との差回転数が所定回転数以上のときに燃料が重質であると判定して燃料噴射量を増量する補正を行なう手段である、
ことを特徴とする。
この本発明のハイブリッド自動車では、始動後に目標回転数と目標トルクとからなる運転ポイントによるエンジンの負荷運転を行なうときには第１モータから出力されるトルクに基づいて推定されるエンジンの出力トルクと目標トルクとの差トルクが所定トルク以上のときに燃料が重質であると判定して燃料噴射量を増量する補正を行ない、始動後に自立運転用回転数でエンジンを自立運転するときにはエンジンの回転数と自立運転用回転数との差回転数が所定回転数以上のときに燃料が重質であると判定して燃料噴射量を増量する補正を行なう。これにより、エンジンの始動後に燃料の性状の判定を迅速に行なうことができる。
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。 エンジン３２を始動した後にハイブリッド用電子制御ユニット５０により実行される重質燃料判定処理の一例を示すフローチャートである。
次に、本発明を実施するため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、ガソリンや軽油などを燃料とするエンジン３２と、エンジン３２を制御するエンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）３６と、エンジン３２のクランクシャフト３４にキャリアが接続されると共に駆動輪２６ａ，２６ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して連結された駆動軸２２にリングギヤが接続されたプラネタリギヤ３８と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子がプラネタリギヤ３８のサンギヤに接続されたモータ４１と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子が駆動軸２２に接続されたモータ４２と、モータ４１，４２を駆動するためのインバータ４３，４４と、インバータ４３，４４の図示しないスイッチング素子をスイッチング制御することによってモータ４１，４２を駆動制御するモータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）４６と、インバータ４３，４４を介してモータ４１，４２と電力をやり取りするバッテリ４８と、シフトレバーのポジションを検出するシフトポジションセンサ５２からのシフトポジションＳＰやアクセルペダル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５４からのアクセル開度，ブレーキペダル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５６からのブレーキポジション，車速センサ５８からの車速を入力すると共にエンジン用電子制御ユニット３６やモータ用電子制御ユニット４６と通信して車両全体を制御するハイブリッド用電子制御ユニット（ＨＶＥＣＵ）５０と、を備える。
実施例のハイブリッド自動車２０は、基本的には、ハイブリッド用電子制御ユニット５０によって実行される以下に説明する駆動制御により、エンジン３２を負荷運転と自立運転と運転停止との間で切り替えながら運転するエンジン３２の間欠運転を伴って走行している。ハイブリッド用電子制御ユニット５０では、まず、アクセルペダルポジションセンサ５４からのアクセル開度と車速センサ５８からの車速とに基づいて走行のために駆動軸２２に出力すべき要求トルクを設定し、要求トルクに駆動軸２２の回転数（例えば、モータ４２の回転数や車速に換算係数を乗じて得られる回転数）を乗じて走行に要求される走行用パワーを計算すると共に計算した走行用パワーからバッテリ４８の充電容量の割合（ＳＯＣ）に応じて得られるバッテリ４８を充放電するための補正パワー（バッテリ４８から放電するときが正の値）を減じてエンジン３２から出力すべきパワーとしてのエンジン指令パワーを設定する。そして、エンジン指令パワーが比較的大きいときには、エンジン３２の負荷運転を伴って走行するように、エンジン指令パワーを効率よくエンジン３２から出力することができるエンジン３２の回転数Ｎｅと出力トルクＴｅとの関係としての動作ライン（例えば、燃費最適動作ライン）を用いてエンジン３２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定し、エンジン３２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊になるように回転数フィードバック制御によりモータ４１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定し、モータ４１をトルク指令Ｔｍ１＊で駆動したときにプラネタリギヤ３８を介して駆動軸２２に作用するトルクを要求トルクから減じて得られるトルクをモータ４２のトルク指令Ｔｍ２＊として設定し、エンジン３２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊についてはエンジン用電子制御ユニット３６に送信し、モータ４１，４２のそれぞれのトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊についてはモータ用電子制御ユニット４６に送信する。目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを受信したエンジン用電子制御ユニット３６は、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とによってエンジン３２が負荷運転されるようエンジン３２の吸入空気量制御や燃料噴射制御，点火制御などを実行し、モータ４１，４２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータ用電子制御ユニット４６は、モータ４１，４２がトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊で駆動されるようインバータ４３，４４のスイッチング素子をスイッチング制御する。こうした制御により、実施例のハイブリッド自動車２０は、エンジン３２を効率よく負荷運転しながらアクセル開度に応じた要求トルクを駆動軸２２に出力して走行することができる。また、エンジン指令パワーが比較的小さいときにエンジン３２を自立運転するための自立運転要求があるときには、エンジン３２の自立運転を伴って走行するようエンジン３２の目標回転数Ｎｅ＊に所定の自立運転用の回転数を設定すると共に目標トルクＴｅ＊に値０を設定し、モータ４１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定すると共に駆動軸２２に要求トルクが出力されるようモータ４２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定し、エンジン３２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊についてはエンジン用電子制御ユニット３６に送信し、モータ４１，４２のそれぞれのトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊についてはモータ用電子制御ユニット４６に送信する。ここで、自立運転要求は、例えば、エンジン３２の冷却水温や排気を浄化する触媒等の温度が低いときにこれらの暖機を促進したりするなどのためになされる要求である。目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを受信したエンジン用電子制御ユニット３６は、目標回転数Ｎｅ＊でエンジン３２が自立運転されるようエンジン３２の吸入空気量制御や燃料噴射制御，点火制御などを実行し、モータ４１，４２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータ用電子制御ユニット４６は、モータ４１，４２がトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊で駆動されるようインバータ４３，４４のスイッチング素子をスイッチング制御する。こうした制御により、実施例のハイブリッド自動車２０は、エンジン３２を自立運転しながらアクセル開度に応じた要求トルクを駆動軸２２に出力して走行することができる。また、エンジン指令パワーが比較的小さいときに自立運転要求がないときには、エンジン３２の運転を停止して走行するように、エンジン３２を運転停止するための停止信号をエンジン用電子制御ユニット３６に送信し、モータ４１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定すると共に駆動軸２２に要求トルクが出力されるようモータ４２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定し、設定したモータ４１，４２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータ用電子制御ユニット４６に送信する。ハイブリッド用電子制御ユニット５０からの停止信号を受信したエンジン用電子制御ユニット３６は、エンジン３２の燃料噴射制御や点火制御を停止し、モータ４１，４２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータ用電子制御ユニット４６は、モータ４１，４２がトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊で駆動されるようインバータ４３，４４のスイッチング素子をスイッチング制御する。こうした制御により、実施例のハイブリッド自動車２０は、エンジン３２の運転を停止しながらアクセル開度に応じた要求トルクを駆動軸２２に出力して走行することができる。
また、実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン３２の運転を停止している最中にエンジン指令パワーが大きくなったときや自立運転要求がなされたときなどには、ハイブリッド用電子制御ユニット５０によって実行される以下に説明する始動制御により、エンジン３２の始動を行なっている。ハイブリッド用電子制御ユニット５０では、まず、エンジン３２をクランキングするためのクランキングトルクをモータ４１のトルク指令Ｔｍ１＊として設定すると共にモータ４１をトルク指令Ｔｍ１＊で駆動したときにプラネタリギヤ３８を介して駆動軸２２に作用するトルクをキャンセルするトルクと要求トルクとの和のトルクをモータ４２のトルク指令Ｔｍ２＊として設定し、設定したモータ４１，４２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータ用電子制御ユニット４６に送信し、クランキングを開始してエンジン３２の回転数が所定回転数以上に至るとエンジン３２の運転を開始する始動信号をエンジン用電子制御ユニット３６に送信する。モータ４１，４２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータ用電子制御ユニット４６は、モータ４１，４２がトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊で駆動されるようインバータ４３，４４のスイッチング素子をスイッチング制御し、始動信号を受信したエンジン用電子制御ユニット３６は、燃料噴射制御や点火制御を開始する。こうした始動制御により、実施例のハイブリッド自動車２０は、エンジン３２を始動すると共にアクセル開度に応じた要求トルクを出力して走行することができる。こうしてエンジン３２を始動した後は、上述の駆動制御によりエンジン３２を自立運転または負荷運転して走行すると共にエンジン３２に供給される燃料の性状が比較的揮発しにくい重質であるか否かの判定を行なっている。
次に、エンジン３２の始動後に、エンジン３２に供給される燃料の性状が重質であるか否かを判定する処理について説明する。図２は、エンジン３２を始動した後にハイブリッド用電子制御ユニット５０により実行される重質燃料判定処理の一例を示すフローチャートである。重質燃料判定処理が実行されるとハイブリッド用電子制御ユニット５０は、エンジン３２の運転状態が自立運転であるか否かを調べ（ステップＳ１００）、エンジン３２を自立運転しているときには、エンジン３２の目標回転数Ｎｅ＊からエンジン３２の回転数Ｎｅを減じて得られる回転数差（Ｎｅ＊−Ｎｅ）が燃料の性状が重質であるか否かを判定するために用いられる回転数差の閾値としての重質判定回転数差Ｎｒｅｆ以上か否かを調べる（ステップＳ１１０）。ここで、重質判定回転数差Ｎｒｅｆは、燃料が重質であると判断できる回転数差（Ｎｅ＊−Ｎｅ）の下限値として予め実験等により定められた値などを用いることができ、例えば、２５０ｒｐｍや３００ｒｐｍ，３５０ｒｐｍなどの値を用いることができる。このように回転数差（Ｎｅ＊−Ｎｅ）を用いて燃料の性状を判定するのは、エンジン３２の始動直後に燃料の性状が重質であるときには、噴射した燃料が気化しにくくエンジン３２の吸気ポートや吸気バルブに付着して燃焼室内の混合気が希薄になり、エンジン３２の出力が低下しやすくエンジン３２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊に比べて小さくなりやすいことに基づく。回転数差（Ｎｅ＊−Ｎｅ）が重質判定回転数差Ｎｒｅｆ以下のときには燃料が重質ではないと判断して重質燃料判定処理を終了し、回転数差（Ｎｅ＊−Ｎｅ）が重質判定回転数差Ｎｒｅｆより大きいときには燃料が重質であると判定すると共にエンジン用電子制御ユニット３６に燃料の増量補正を指示する信号を送信して（ステップＳ１３０）、重質燃料判定処理を終了する。ハイブリッド用電子制御ユニット５０から燃料の増量補正を指示する信号を受信したエンジン用電子制御ユニット３６は、燃料噴射量の増量補正を伴ってエンジン３２を運転するようエンジン３２を制御する。一方、ステップＳ１００においてエンジン３２を自立運転していないとき、即ち、エンジン３２を負荷運転しているときには、エンジン３２の目標トルクＴｅ＊からエンジン３２の出力トルクＴｅを減じて得られるトルク差（Ｔｅ＊−Ｔｅ）がエンジン３２に供給される燃料の性状が重質であるか否かを判定するために用いられるトルク差の閾値としての重質判定トルク差Ｔｒｅｆより大きいか否かを調べる（ステップＳ１２０）。ここで、重質判定トルク差Ｔｒｅｆは、エンジン３２の始動直後に燃料の性状が重質のときはエンジン３２の出力が低下しやすいことから、燃料が重質であると判断できるトルク差（Ｔｅ＊−Ｔｅ）の下限値として予め実験等により定められた値などを用いることができ、例えば、５Ｎｍや１０Ｎｍ，１５Ｎｍなどの値が用いることができる。また、エンジン３２の出力トルクＴｅは、実施例では、モータ４１のトルクＴｍ１とプラネタリギヤ３８のギヤ比ρ（サンギヤの歯数／リングギヤの歯数）とに基づいて次式（１）により演算するものとした。トルク差（Ｔｅ＊−Ｔｅ）が重質判定トルク差Ｔｒｅｆ以下のときには燃料が重質ではないと判断して重質燃料判定処理を終了し、トルク差（Ｔｅ＊−Ｔｅ）が重質判定トルク差Ｔｒｅｆより大きいときには燃料が重質であると判定すると共にエンジン用電子制御ユニット３６に燃料増量補正指示を送信して（ステップＳ１３０）、重質燃料判定処理を終了する。ハイブリッド用電子制御ユニット５０から燃料の増量補正を指示する信号を受信したエンジン用電子制御ユニット３６は、燃料噴射量の増量補正を伴ってエンジン３２を運転するようエンジン３２を制御する。このように、実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン３２の始動後にエンジン３２を自立運転するか負荷運転するかに拘わらず燃料の性状の判定を迅速に行なうことができる。
Te=-Tm1・(1+ρ)/ρ (1)
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン３２の始動後にエンジン３２を自立運転するときにはエンジン３２の目標回転数Ｎｅ＊からエンジン３２の回転数Ｎｅを減じて得られる回転数差（Ｎｅ＊−Ｎｅ）が重質判定回転数差Ｎｒｅｆ以上のときに燃料が重質であると判定して燃料噴射量を増量する補正を行ない、エンジン３２の始動後にエンジン３２の負荷運転を行なうときにはエンジン３２の目標トルクＴｅ＊からモータ４１のトルクＴｍ１に基づいて演算されるエンジン３２の出力トルクＴｅを減じて得られるトルク差（Ｔｅ＊−Ｔｅ）が重質判定トルク差Ｔｒｅｆより大きいときに燃料が重質であると判定して燃料噴射量を増量する補正を行なうから、エンジン３２の始動後に燃料の性状の判定を迅速に行なうことができる。
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン３２が「エンジン」に相当し、モータ４１が「第１モータ」に相当し、プラネタリギヤ３８が「遊星歯車機構」に相当し、モータ４２が「第２モータ」相当し、バッテリ４８が「バッテリ」に相当し、駆動制御によりエンジン３２の間欠運転を伴って走行し、エンジン３２の始動後にエンジン３２を自立運転するときには目標回転数Ｎｅ＊から回転数Ｎｅを減じて得られる回転数差（Ｎｅ＊−Ｎｅ）が重質判定回転数差Ｎｒｅｆ以上のときに燃料が重質であると判定して燃料の増量補正を指示する信号をエンジン用電子制御ユニット３６に送信し、エンジン３２の始動後にエンジン３２を負荷運転するときには目標トルクＴｅ＊からモータ４１のトルクＴｍ１に基づいて演算されるエンジン３２の出力トルクＴｅを減じて得られるトルク差（Ｔｅ＊−Ｔｅ）が重質判定トルク差Ｔｒｅｆ以上のときに燃料が重質であると判定して燃料の増量補正を指示する信号をエンジン用電子制御ユニット３６に送信する図２の重質燃料判定処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット５０と燃料の増量補正を指示する信号に基づいて燃料噴射量を増量する補正を行なうエンジン用電子制御ユニット３６とが「制御手段」に相当する。
以上、本発明を実施するため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、ハイブリッド自動車の製造産業等に利用可能である。
２０ ハイブリッド自動車、２２ 駆動軸 ２４ デファレンシャルギヤ、２６ａ，２６ｂ 駆動輪、３２ エンジン、３４ クランクシャフト、３６ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、３８ プラネタリギヤ、４１，４２ モータ、４３，４４ インバータ、４６ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４８ バッテリ、５０ ハイブリッド用電子制御ユニット（ＨＶＥＣＵ）、５２ シフトポジションセンサ、５４ アクセルペダルポジションセンサ、５６ ブレーキペダルポジションセンサ、５８ 車速センサ。

Claims (1)

  1. エンジンと、動力を入出力する第１モータと、車軸に連結された駆動軸と前記エンジンの出力軸と前記第１モータの回転軸との３軸に３つの回転要素が接続された遊星歯車機構と、前記駆動軸に接続された第２モータと、前記第１モータおよび前記第２モータと電力のやりとりが可能なバッテリと、前記エンジンの間欠運転を伴って走行するよう前記エンジンと前記第１モータと前記第２モータとを制御する制御手段と、を備えるハイブリッド自動車において、
    前記制御手段は、始動後に目標回転数と目標トルクとからなる運転ポイントによる前記エンジンの負荷運転を行なうときには前記第１モータから出力されるトルクに基づいて推定される前記エンジンの出力トルクと前記目標トルクとの差トルクが所定トルク以上のときに燃料が重質であると判定して燃料噴射量を増量する補正を行ない、始動後に自立運転用回転数で前記エンジンを自立運転するときには前記エンジンの回転数と前記自立運転用回転数との差回転数が所定回転数以上のときに燃料が重質であると判定して燃料噴射量を増量する補正を行なう手段である、
    ことを特徴とするハイブリッド自動車。
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