JP2017140970A - ハイブリッド車両及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】燃料の噴射が停止していると共にモータージェネレーターのみが駆動している状態の走行中における駆動輪に伝達されるトルクの低減を抑制して、燃費を向上するハイブリッド車両及びその制御方法を提供する。
【解決手段】制御装置81が、エンジンの燃料の噴射が停止していると共に、モータージェネレーターのみが駆動している状態の走行中に、吸気通路55に配置されたコンプレッサー58bの吸気バイパス路130の吸気バイパスバルブ131を開く制御、排気通路41に配置されたタービン63bの排気バイパス路132の排気バイパスバルブ133を開く制御、並びに、排気通路41に配置されたタービン63aのウエストゲートバルブ135を開く制御のうちのいずれか一つ、あるいはいずれか二つの組み合わせ、あるいは全部を行う構成にした。
【選択図】図2
【解決手段】制御装置81が、エンジンの燃料の噴射が停止していると共に、モータージェネレーターのみが駆動している状態の走行中に、吸気通路55に配置されたコンプレッサー58bの吸気バイパス路130の吸気バイパスバルブ131を開く制御、排気通路41に配置されたタービン63bの排気バイパス路132の排気バイパスバルブ133を開く制御、並びに、排気通路41に配置されたタービン63aのウエストゲートバルブ135を開く制御のうちのいずれか一つ、あるいはいずれか二つの組み合わせ、あるいは全部を行う構成にした。
【選択図】図2
Description
本発明は、ハイブリッド車両及びその制御方法に関し、より詳細には、燃料の噴射が停止していると共にモータージェネレーターのみが駆動している状態の走行中における駆動輪に伝達されるトルクの低減を抑制して、燃費を向上するハイブリッド車両及びその制御方法に関する。
近年、燃費向上及び環境対策などの観点から、車両の運転状態に応じて複合的に制御されるエンジン及びモータージェネレーターを有するハイブリッドシステムを備えたハイブリッド車両(以下「HEV」という。)が注目されている。このHEVにおいては、車両の加速時や発進時には、モータージェネレーターによる駆動力のアシストが行われる一方で、慣性走行時や減速時にはモータージェネレーターによる回生発電が行われる(例えば、特許文献1を参照)。
また、HEVにおいては、エンジンの燃料の噴射を停止すると共にモータージェネレーターのみを駆動するモーター単独走行が行われることもある。しかし、このときに、エンジンに、モータージェネレーターから伝達されたトルクの一部がクラッチを介して伝達されている場合は、エンジンフリクションによりそのモーター単独走行のためのトルクが低減するという問題があった。
本発明の目的は、燃料の噴射が停止していると共にモータージェネレーターのみが駆動している状態の走行中において、エンジンフリクションを低減することで、駆動輪に伝達されるモーター単独走行のためのトルクにおけるエンジンフリクションによる低減を抑制して、燃費を向上することができるハイブリッド車両及びその制御方法を提供することである。
上記の目的を達成する本発明のハイブリッド車両は、車両走行用の動力源であるエンジン及びモータージェネレーターと、制御装置と、を有するハイブリッドシステムを備えたハイブリッド車両において、前記エンジンが、このエンジンの吸気通路に配置されたコンプレッサーをバイパスする吸気バイパス路を通過する吸気の流量を調節する吸気バイパスバルブと、前記エンジンの排気通路に配置されたタービンをバイパスする排気バイパス路を通過する排気ガスの流量を調節する排気バイパスバルブと、前記エンジンの排気通路に配置されたタービンへ流入する排気ガスの流量を調節するウエストゲートバルブとのいずれか一つ、あるいはいずれか二つの組み合わせ、あるいは全部を有しており、前記制御装置が、前記エンジンの燃料の噴射が停止していると共に、前記モータージェネレーターのみが駆動している状態の走行中に、前記吸気バイパスバルブを開く制御、前記排気バイパスバルブを開く制御、並びに、前記ウエストゲートバルブを開く制御のうちのいずれか一つ、あるいはいずれか二つの組み合わせ、あるいは全部を行うように構成されたことを特徴とするものである。
また、上記の目的を達成する本発明のハイブリッド車両の制御方法は、走行中に、エンジンの燃料の噴射を停止すると共に、モータージェネレーターのみを駆動するハイブリッド車両の制御方法において、前記エンジンの吸気通路に配置されたコンプレッサーをバイパスする吸気バイパス路を通過する吸気の流量を調節する吸気バイパスバルブを開くステップと、前記エンジンの排気通路に配置されたタービンをバイパスする排気バイパス路を通過する排気ガスの流量を調節する排気バイパスバルブを開くステップと、前記エンジンの排気通路に配置されたタービンへ流入する排気ガスの流量を調節するウエストゲートバルブで開くステップとのうちのいずれか一つ、あるいはいずれか二つの組み合わせ、あるいは全部を含むことを特徴とする方法である。
このハイブリッド車両及びその制御方法によれば、燃料の噴射が停止していると共に、モータージェネレーターのみが駆動している走行中において、エンジンのポンプ損失を低減する制御の一つ、あるいはいずれか二つの組み合わせ、あるいは全部を行うことにより、燃料の噴射が停止している走行中のエンジンフリクションを低減することができる。
これにより、エンジンの燃料の噴射が停止していると共に、モータージェネレーターのみが駆動している状態の走行中に、ターボチャージャーが迂回されることでエンジンフリクションによる損失が低減されるので、そのモータージェネレーターから駆動輪に伝達されるトルクにおける、エンジンフリクションの損失による減少を抑制することができる。その結果として、モータージェネレーターで発生したトルクをハイブリッド車両の駆動力として利用できる効率を上げることが可能となるので、燃費を向上できる。
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施形態からなるハイブリッド車両を示す。
このハイブリッド車両(以下「HEV」という。)は、普通乗用車のみならず、バスやトラックなどを含む車両であり、車両の運転状態に応じて複合的に制御されるエンジン10及びモータージェネレーター31を有するハイブリッドシステム30を備えている。また、このHEVは、複数のターボチャージャー57a、57bを備えている。
エンジン10においては、エンジン本体11に形成された複数(この例では4個)の気筒12内における燃料の燃焼により発生した熱エネルギーにより、クランクシャフト13が回転駆動される。このエンジン10には、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンが用いられる。このクランクシャフト13の回転動力は、クランクシャフト13の一端部に接続するクラッチ14(例えば、湿式多板クラッチなど)を介してトランスミッション20に伝達される。
ハイブリッドシステム30は、モータージェネレーター31と、このモータージェネレーター31に順に電気的に接続するインバーター35、高電圧バッテリー32(例えば、48Vなど)、DC/DCコンバーター33及び低電圧バッテリー34(例えば、12Vなど)とを有している。
高電圧バッテリー32としては、リチウムイオンバッテリーやニッケル水素バッテリーが好ましく例示される。また、低電圧バッテリー34には鉛バッテリーが用いられる。
モータージェネレーター31は、回転軸37に取り付けられた第1プーリー15とエンジン本体11の出力軸であるクランクシャフト13の他端部に取り付けられた第2プーリー16との間に掛け回された無端状のベルト状部材17を介して、エンジン10との間で動力を伝達する。なお、第1プーリー15、第2プーリー16及びベルト状部材17の代わりに、ギアボックス等を用いて動力を伝達することもできる。また、モータージェネレーター31に接続するエンジン本体11の出力軸は、クランクシャフト13に限定されるものではなく、例えばエンジン本体11とトランスミッション20との間の伝達軸であってもよい。
このモータージェネレーター31は、クランキングを行う機能も有している。
上述したハイブリッドシステム30は制御装置80によって制御される。具体的にはハイブリッドシステム30は、制御装置80に制御されることで、HEVの発進時や加速時には、高電圧バッテリー32から電力を供給されたモータージェネレーター31により駆動力の少なくとも一部をアシストする一方で、慣性走行時や制動時においては、モータージェネレーター31による回生発電を行い、余剰の運動エネルギーを電力に変換して高電圧バッテリー32を充電する。
図2及ぶ図3は、エンジン10の構成の一部、より詳しくは複数のターボチャージャー57a、57bが配置された構成を例示している。以下、図2に示す単段過給と、図3に示す多段過給について、より詳しく説明する。なお、バルブにおいては、白抜きが開いた状態、塗り潰しが閉じた状態を表している。
このエンジン10においては、複数のターボチャージャー57a、57bを備えている。第一ターボチャージャー57aは、吸気通路55における上流側に配置された第一コンプレッサー58aと排気通路41における下流側に配置された第一タービン63aとが連結されてなる。第二ターボチャージャー57bは、吸気通路55における下流側に配置された第二コンプレッサー58bと排気通路41における上流側に配置された第二タービン63bとが連結されてなる。
また、このエンジン10においては、第二コンプレッサー58bをバイパス(迂回)する吸気バイパス路130と、この吸気バイパス路130を通過する吸入空気56の流量を調節する吸気バイパスバルブ131と、第二タービン63bをバイパス(迂回)する排気バイパス路132と、この排気バイパス路132を通過する排気ガス45の流量を調節する排気バイパスバルブ133と、第一タービン63aに流入する排気ガス45を分流するウエストゲート通路134と、第一タービン63aに流入する排気ガス45の流量を調節するウエストゲートバルブ135と、を備えている。
吸気バイパスバルブ131及び排気バイパスバルブ133による単段過給と多段過給との切り替えとウエストゲートバルブ135の調節とは制御装置81によって制御される。
制御装置80、81は、各種処理を行うCPU、その各種処理を行うために用いられるプログラムや処理結果を読み書き可能な内部記憶装置、および各種インターフェースなどから構成される。
制御装置80は、ハイブリッドシステム30を制御するコントローラであり、この実施形態では、モータージェネレーター31の回生量を制御している。また、制御装置81は
、エンジン10を制御するコントローラであり、この実施形態では、各バルブなどの開度を制御している。これらの制御装置80、81は、車両制御装置間のネットワーク(CAN)により相互のデータを送受信している。
、エンジン10を制御するコントローラであり、この実施形態では、各バルブなどの開度を制御している。これらの制御装置80、81は、車両制御装置間のネットワーク(CAN)により相互のデータを送受信している。
この制御装置81は、信号線を介して吸気バイパスバルブ131、排気バイパスバルブ133、及びウエストゲートバルブ135に接続される。また、この制御装置81は、信号線を介してアクセルペダル95の操作量をアクセル開度として検出するアクセル開度センサ96に接続される。
制御装置80の実行プログラムとしては、前述したハイブリッドシステム30の制御プログラムを例示できる。また、制御装置81の実行プログラムとしては、吸気バイパスバルブ131及び排気バイパスバルブ133の過給切替制御プログラム、ウエストゲートバルブ135の流量調節制御プログラムを例示できる。
過給切替制御プログラムは、エンジン10の運転状態、例えば、エンジン回転数及び燃料噴射量に基づいた目標過給圧に応じて開ループ制御(フィードフォワード制御)により吸気バイパスバルブ131及び排気バイパスバルブ133の開度を調節した後に、図示しないMAPセンサなどで検出した実過給圧とその目標過給圧とを比較する閉ループ制御(フィードバック制御)によりそれらの開度を調節している。
流量調節制御プログラムも同様に、エンジン10の運転状態に基づいた目標過給圧に応じて開ループ制御によりウエストゲートバルブ135の開度を調節した後に、実過給圧とその目標過給圧とを比較する閉ループ制御によりその開度を調節している。
具体的には、単段過給時では、吸気バイパスバルブ131及び排気バイパスバルブ133が全開に調節されて、第二ターボチャージャー57bが迂回される。また、ウエストゲートバルブ135が全閉〜中間開度の間に調節されて、第一ターボチャージャー57aへ流入する排気ガス45の流量が調節される。
図2に示すように、単段過給時では、吸入空気56が、外部から吸気通路55へ吸入されて、第一コンプレッサー58aにより圧縮されて高温になり、吸気バイパス路130を経由することで第二コンプレッサー58bをバイパスした後に、インタークーラー59で冷却されている。一方、排気通路41へ排気された排気ガス45の一部が、排気バイパス路132を経由することで第二タービン63bをバイパスした後に、第一タービン63aを駆動させている。その残りは、ウエストゲート通路134を経由して、第一タービン63aをバイパスする。
これにより、排気ガス45の流量が多い状態、例えば、HEVの発進時や加速時を除く走行中の過度の過給によるエンジン本体11や第一ターボチャージャー57a、第二ターボチャージャー57bの損傷を回避している。
一方、多段過給時では、吸気バイパスバルブ131及び排気バイパスバルブ133が全閉〜中間開度の間に調節されると共に、ウエストゲートバルブ135が全閉に調節される。
図3に示すように、多段過給時では、吸入空気56が、外部から吸気通路55へ吸入されて、第一コンプレッサー58a、第二コンプレッサー58bの順に圧縮されて高温になり、インタークーラー59で冷却されている。一方、排気通路41へ排気された排気ガス45が、第二タービン63b、第一タービン63aを順に駆動させている。
これにより、目標過給圧が高い状態、例えば、HEVの発進時や加速時に複数のターボチャージャー57a、57bで過給して、実過給圧を高めている。
このようなHEVにおいて、制御装置81が、エンジン10の燃料の噴射が停止していると共に、モータージェネレーター31のみが駆動している状態の走行中に、吸気バイパスバルブ131を開く制御、排気バイパスバルブ133を開く制御、並びに、ウエストゲートバルブ135を開く制御を行うように構成される。
より具体的には、制御装置80がエンジン10の燃料の噴射が停止していると共に、モータージェネレーター31が回生発電している状態の走行中と判定した場合に、制御装置81へ各バルブの開要求を送信し、その開要求を受信した制御装置81が各バルブを開けるように制御するように構成される。
以下、このHEVの制御方法を、図4のフロー図を参照しながら制御装置80及び制御装置81の機能として以下に説明する。なお、この制御方法は、HEVが走行中に行われるものする。
まず、ステップS10では、制御装置80が、条件が成立したか否かを判定する。この条件とは、ハイブリッド車両がエンジン10の燃料の噴射が停止していると共に、モータージェネレーター31のみが駆動している状態、すなわち、モーター単独走行で走行していることである。
このステップS10の条件が成立する状況としては、勾配の緩い降坂路、登坂路や平坦路の走行時を例示できる。この条件についてより具体的に説明すると、この条件が成立する場合は、以下に説明する状況が生じた場合である。
この状況は、前述したような走行路を走行中に、ハイブリッドシステム30の目標トルクがモータージェネレーター31の最大出力トルク以下になる状況である。この状況における制御は以下の通りである。
まず、運転者によりアクセルペダル95が踏み込まれると、制御装置81は、アクセル開度センサ96の検出値であるアクセル開度に基づいた目標トルクを算出する制御を行う。次いで、制御装置80は、その目標トルクとモータージェネレーター31の最大出力トルクとを比較し、目標トルクが最大出力トルク以下になるか否かを判定する制御を行う。次いで、目標トルクが最大出力トルク以下になると判定した場合には、制御装置81は、インジェクター47からの燃料の噴射を停止する制御を行う。また、制御装置80は、その一方で、モータージェネレーター31を駆動して、その駆動力をプロペラシャフト22へ伝達する制御を行う。このモータージェネレーター31の出力トルクにおいては、走行路の勾配、車重、走行距離などのパラメータに応じて、その大きさを調節する。
このステップS10で、上記のような状況の条件が成立したと判定すると次のステップへ進む。一方、このステップS10で、上記のような条件が成立しないと判定すると、この制御方法は完了して、スタートへ戻る。
次いで、制御装置80から制御装置81へステップS20〜ステップS40の三つの制御を処理するように開要求が送信され、その開要求を受信した制御装置81が、ステップS20〜ステップS40の三つの制御を並列処理する。このステップS20〜ステップS40は、順番に処理してもよいが、同時に並列処理することで、エンジンフリクションを低減するまでの時間を短縮できる。
ステップS20では、制御装置81が、吸気バイパスバルブ131を開く。このステップS20では、吸気バイパスバルブ131を全開の開度にすることが望ましい。ステップS30では、制御装置81が、排気バイパスバルブ133を開く。このステップS30では、排気バイパスバルブ133を全開の開度にすることが望ましい。
このように、吸気バイパスバルブ131及び排気バイパスバルブ133の両方を全開の開度にすることで、第二ターボチャージャー57bが迂回される状態になり、第二ターボチャージャー57bによるポンプ損失を低減することができるので、エンジンフリクションの低減に有利になる。
ステップS40では、制御装置81が、ウエストゲートバルブ135を開く。このステップS40では、ウエストゲートバルブ135を全開の開度にすることが望ましい。このように、ウエストゲートバルブ135を全開の開度にすることで、第一ターボチャージャー57aによるポンプ損失を低減することができるので、エンジンフリクションの低減に有利になる。
このステップS20〜ステップS40が完了すると、スタートへ戻り、条件が成立しなくなるまで、ステップS20〜ステップS40が行われる。
以上のような制御を行うようにしたことで、エンジン10の燃料の噴射が停止していると共に、モータージェネレーター31のみが駆動している状態の走行中に、第一ターボチャージャー57a及び第二ターボチャージャー57bを迂回させて、エンジン10のポンプ損失を低減することにより、燃料の噴射が停止している走行におけるエンジンフリクションを低減することができる。
これにより、エンジン10の燃料の噴射が停止していると共に、モータージェネレーター31のみが駆動している状態の走行中に、流通抵抗が減少されてエンジンフリクションによる損失が減少するので、そのモータージェネレーター31から駆動輪に伝達される出力トルクが、エンジンフリクションによる損失で低減されることを抑制することができる。その結果として、モータージェネレーター31で発生した出力トルクをHEVの駆動力として利用できる効率を上げることが可能となるので、燃費を向上できる。
この実施形態においては、複数のターボチャージャー57a、57bを備え、更に、吸気バイパスバルブ131と、排気バイパスバルブ133と、ウエストゲートバルブ135との全て有したエンジン10を例に説明した。しかし、本発明においては、それらの装置のうちのいずれかを有してエンジン10を構成してもよい。また、それらの装置のうちのいずれか二つの組み合わせを有してエンジン10を構成してもよい。
例えば、一つのターボチャージャー57aのみを備え、ウエストゲートバルブ135を有して構成されたエンジンや、複数のターボチャージャー57a、57bを備え、吸気バイパス路130及び吸気バイパスバルブ131を有しておらず、排気バイパス路132及び排気バイパスバルブ133を有して構成されたエンジンにも適用可能である。
また、この実施形態においては、制御装置81が、吸気バイパスバルブ131を開く制御、排気バイパスバルブ133を開く制御、並びに、ウエストゲートバルブ135を開く制御の全ての制御を行う構成にした例を説明した。しかし、本発明においては、制御装置81を、それらのうちの制御のうちのいずれかを行う構成にしてもよい。また、制御装置81を、それらの制御のうちのいずれか二つの組み合わせを行う構成にしてもよい。
但し、エンジン10が、複数のターボチャージャー57a、57bを備え、吸気バイパ
スバルブ131及び排気バイパスバルブ133を有している場合には、それらの吸気バイパスバルブ131及び排気バイパスバルブ133の両方を開く制御を行うことが望ましい。また、ウエストゲートバルブ135を有している場合には、ウエストゲートバルブ135を開く制御を行うことが望ましい。
スバルブ131及び排気バイパスバルブ133を有している場合には、それらの吸気バイパスバルブ131及び排気バイパスバルブ133の両方を開く制御を行うことが望ましい。また、ウエストゲートバルブ135を有している場合には、ウエストゲートバルブ135を開く制御を行うことが望ましい。
特に、エンジン10が、この実施形態のように、吸気バイパスバルブ131と、排気バイパスバルブ133と、ウエストゲートバルブ135とを全て有して構成され、制御装置81が、吸気バイパスバルブ131を全開にする制御、排気バイパスバルブ133を全開にする制御、並びに、ウエストゲートバルブ135を全開にする制御の全てを行うように構成されることが最良の形態である。つまり、この実施形態のように、全ての制御を行うことで、エンジン10のエンジンフリクションを最も効果的に低減することができるので、最も燃費の向上に有利になる。
なお、この実施形態では、ハイブリッドシステム30を制御する制御装置80と、エンジン10を制御する制御装置81との二つのコントローラにより制御を行う構成を例に説明したが、一つのコントローラで制御することも可能である。
10 エンジン
30 ハイブリッドシステム
31 モータージェネレーター
57a、57b ターボチャージャー
58a、58b コンプレッサー
63a、63b タービン
130 吸気バイパス路
131 吸気バイパスバルブ
132 排気バイパス路
133 排気バイパスバルブ
134 ウエストゲート通路
135 ウエストゲートバルブ
80、81 制御装置
30 ハイブリッドシステム
31 モータージェネレーター
57a、57b ターボチャージャー
58a、58b コンプレッサー
63a、63b タービン
130 吸気バイパス路
131 吸気バイパスバルブ
132 排気バイパス路
133 排気バイパスバルブ
134 ウエストゲート通路
135 ウエストゲートバルブ
80、81 制御装置
Claims (4)
- 車両走行用の動力源であるエンジン及びモータージェネレーターと、制御装置と、を有するハイブリッドシステムを備えたハイブリッド車両において、
前記エンジンが、このエンジンの吸気通路に配置されたコンプレッサーをバイパスする吸気バイパス路を通過する吸気の流量を調節する吸気バイパスバルブと、前記エンジンの排気通路に配置されたタービンをバイパスする排気バイパス路を通過する排気ガスの流量を調節する排気バイパスバルブと、前記エンジンの排気通路に配置されたタービンへ流入する排気ガスの流量を調節するウエストゲートバルブとのいずれか一つ、あるいはいずれか二つの組み合わせ、あるいは全部を有しており、
前記制御装置が、前記エンジンの燃料の噴射が停止していると共に、前記モータージェネレーターのみが駆動している状態の走行中に、前記吸気バイパスバルブを開く制御、前記排気バイパスバルブを開く制御、並びに、前記ウエストゲートバルブを開く制御のうちのいずれか一つ、あるいはいずれか二つの組み合わせ、あるいは全部を行うように構成されたことを特徴とするハイブリッド車両。 - 前記エンジンが、複数のターボチャージャーを有すると共に、それらの複数のターボチャージャーのうちの排気通路における下流側に配置された第一ターボチャージャーのみで過給する単段過給及びそれらの複数のターボチャージャーで過給する多段過給を切り替える前記吸気バイパスバルブと前記排気バイパスとを有しており、
前記制御装置が、前記エンジンの燃料の噴射が停止していると共に、前記モータージェネレーターのみが駆動している状態の走行中に、前記吸気バイパスバルブと前記排気バイパスバルブとの両方を全開に開く制御を行うように構成された請求項1に記載のハイブリッド車両。 - 前記エンジンが、前記ウエストゲートバルブを有しており、
前記制御装置が、前記エンジンの燃料の噴射が停止していると共に、前記モータージェネレーターのみが駆動している状態の走行中に、前記ウエストゲートバルブを全開に開く制御を行うように構成された請求項1又は2に記載のハイブリッド車両。 - 走行中に、エンジンの燃料の噴射を停止すると共に、モータージェネレーターのみを駆動するハイブリッド車両の制御方法において、
前記エンジンの吸気通路に配置されたコンプレッサーをバイパスする吸気バイパス路を通過する吸気の流量を調節する吸気バイパスバルブを開くステップと、
前記エンジンの排気通路に配置されたタービンをバイパスする排気バイパス路を通過する排気ガスの流量を調節する排気バイパスバルブを開くステップと、
前記エンジンの排気通路に配置されたタービンへ流入する排気ガスの流量を調節するウエストゲートバルブで開くステップとのうちのいずれか一つ、あるいはいずれか二つの組み合わせ、あるいは全部を含むことを特徴とするハイブリッド車両の制御方法。
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