JP3783776B2

JP3783776B2 - 動力出力装置およびこれを搭載する自動車

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Publication number: JP3783776B2
Application number: JP2002202426A
Authority: JP
Inventors: 章弘山中; 豊多賀
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-07-11
Filing date: 2002-07-11
Publication date: 2006-06-07
Anticipated expiration: 2022-07-11
Also published as: JP2004044469A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力出力装置およびこれを搭載する自動車に関し、詳しくは、駆動軸に動力を出力可能な複数気筒を有する内燃機関を備え、該内燃機関の自動停止と二次電池の放電を伴う該内燃機関の自動始動とが可能な動力出力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の動力出力装置では、二次電池からの電力を用いて始動用の電動機を駆動して内燃機関を始動し、始動した内燃機関からの動力を駆動軸に出力するものが提案されている。この装置では、内燃機関の駆動を要しない場面では、内燃機関への燃料供給の遮断により内燃機関を停止させることにより、内燃機関へ供給する燃料を節約して装置のエネルギ効率の向上を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、二次電池が低温のときには、その内部抵抗の増加により二次電池から十分な電力を供給できなくなる。この場合に内燃機関の駆動を要しないとして内燃機関を停止させてしまうと二次電池の電力を始動エネルギとして用いて内燃機関を再始動するときにもたつくため、内燃機関からの動力の出力に遅れが生じ、装置の動力性能を十分に発揮できない場合がある。このため、二次電池が低温のときには内燃機関を停止せずに継続運転することが望ましいが、内燃機関の継続運転に伴って燃料の消費量が多くなるから、装置全体のエネルギ効率が低下してしまう。
【０００４】
本発明の動力出力装置は、こうした問題を解決し、内燃機関の始動に用いる二次電池の温度が低いときでも装置の動力性能を十分に発揮しながら装置のエネルギ効率の低下を防止することを目的の一つとする。また、本発明の自動車は、内燃機関の始動に用いる二次電池の温度が低いときでも装置の動力性能を十分に発揮しながら装置のエネルギ効率の低下を防止する自動車とすることを目的の一つとする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の動力出力装置およびこれを搭載する自動車は、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。
【０００６】
本発明の動力出力装置は、
駆動軸に動力を出力可能な複数気筒を有する内燃機関を備え、該内燃機関の自動停止と二次電池の放電を伴う該内燃機関の自動始動とが可能な動力出力装置であって、
前記二次電池の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段により検出された温度が所定の温度以上のときに所定の停止条件が成立したときには、前記内燃機関が停止するよう該内燃機関を運転制御し、前記温度検出手段により検出された温度が所定の温度未満のときに前記所定の停止条件が成立したときには、該成立に拘わらず前記複数気筒のうちの一部の気筒の駆動により前記内燃機関が継続運転するよう該内燃機関を運転制御する運転制御手段と
を備えることを要旨とする。
【０００７】
この本発明の動力出力装置では、二次電池の温度が所定の温度以上のときに所定の停止条件が成立したときには、内燃機関が停止するように内燃機関を運転制御し、二次電池の温度が所定の温度未満のときに所定の停止条件が成立したときには、内燃機関の複数気筒のうちの一部の気筒の駆動により内燃機関が継続運転するように内燃機関を運転制御する。即ち、二次電池の温度が低く十分な電力を供給することができないときには、停止条件の成立に拘わらず内燃機関の運転を継続することにより、二次電池が電力不足のときの内燃機関の再始動を回避して内燃機関からの動力の出力に遅れが生じるのを防止できると共に、内燃機関の運転の継続を内燃機関が有する複数気筒のうちの一部の気筒の駆動により実現することにより内燃機関に供給する燃料を少なくすることができ継続運転に伴うエネルギ効率の低下を防止することができる。ここで、「複数気筒のうちの一部の気筒の駆動」には、複数の気筒のうちの一部の気筒に燃料を供給すると共に残りの気筒に燃料を供給しないものが含まれる他、内燃機関の吸入，圧縮，膨張，排気を１サイクルとして例えば２サイクルや３サイクルなどの数サイクルおきに１サイクル分の燃料を各気筒に供給するものも含まれる。
【０００８】
こうした本発明の動力出力装置において、前記運転制御手段は、前記温度が所定の温度未満のときに前記所定の停止条件が成立したときには、前記内燃機関をアイドリング運転するよう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、内燃機関の継続運転に伴う燃料消費をより少なくすることができる。
【０００９】
また、本発明の動力出力装置において、前記二次電池からの電力を用いて前記駆動軸に動力を出力可能な駆動用電動機を備え、前記運転制御手段は、前記駆動軸に要求動力が出力されるよう前記内燃機関と前記駆動用電動機とを運転制御する手段であるものとすることもできる。
【００１０】
この態様の本発明の動力出力装置において、前記運転制御手段は、前記温度が所定の温度未満のときには、前記要求動力に基づいて前記内燃機関が出力すべき目標動力を設定し、該設定された目標動力が所定の動力以上のときには前記複数気筒の全部の駆動により前記目標動力が出力されるよう前記内燃機関を運転制御し、前記目標動力が前記所定の動力未満のときには前記複数気筒のうちの一部の駆動により前記目標動力が出力されるよう前記内燃機関を運転制御すると共に、前記要求動力が前記駆動軸に出力されるよう前記駆動用電動機を運転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、内燃機関から動力を出力しながら駆動軸に要求動力を出力することができる。
【００１１】
また、駆動用電動機を備える態様の本発明の動力出力装置のおいて、前記内燃機関からの動力の一部を前記駆動軸に伝達すると共に、残余の動力を電力に変換可能な動力伝達変換手段を備えるものとすることもできる。この態様の本発明の動力出力装置において、前記動力伝達変換手段は、前記内燃機関の出力軸に接続された第１の軸と前記駆動軸に接続された第２の軸と第３の軸とを有し該３軸のうちのいずれかの２軸に入出力される動力に基づいて残余の動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、前記第３の軸に接続された発電可能な発電用電動機とを有する手段であり、前記駆動用電動機は、前記駆動軸に接続されているものとすることもできる。あるいは駆動用電動機を備える態様の本発明の動力出力装置において、前記動力伝達変換手段は、前記内燃機関の出力軸に接続された第１のロータと駆動軸に取り付けられた第２のロータとを有し該第１のロータと該第２のロータとの電磁的な作用により相対的に回転する発電可能な発電用電動機であり、前記駆動用電動機は、前記駆動軸に直接接続されているものとすることもできる。
【００１２】
本発明の自動車は、
上記各態様の本発明の動力出力装置を搭載する自動車であって、
前記駆動軸は、前記自動車の車軸に接続されていることを要旨とする。
【００１３】
この本発明の自動車では、本発明の動力出力装置の駆動軸が自動車の車軸に接続されているから、本発明の動力出力装置の効果、即ち、二次電池の温度が低く十分な電力を供給することができないときには、停止条件の成立に拘わらず内燃機関の運転を継続することにより不足電力による内燃機関の再始動を回避して内燃機関からの動力の出力にもたつきが生じるのを防止できると共に、この内燃機関の運転の継続を内燃機関が有する複数気筒のうちの一部の気筒の駆動により実現することにより内燃機関に供給する燃料を少なくすることができ継続運転に伴うエネルギ効率の低下を防止することができるなどの効果を奏することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である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２３にダンパ２５を介して接続されたプラネタリギヤ３０と、プラネタリギヤ３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、同じくプラネタリギヤ３０に接続されたモータＭＧ２と、車両の駆動系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（以下、ハイブリッドＥＣＵという）７０とを備える。
【００１５】
エンジン２２は、燃料タンク２６から燃料ポンプ２７により供給され燃料噴射弁２８により噴射された燃料（例えば、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料）の爆発燃焼によって得られる動力を出力する複数気筒（例えば、４気筒）の内燃機関として構成されている。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により駆動制御される。エンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２の運転状態を検出する各種センサから信号を入力し、エンジン２２が吸入する空気量を調節するための吸入空気量調節制御や，適切な空燃比で燃料がエンジン２２に供給されるよう燃料噴射弁２８を制御する燃料噴射制御，エンジン２２内の空気と燃料との混合気を爆発燃料させるための点火制御などの運転制御を行なう。実施例では、エンジン２２は、燃料噴射弁２８が各気筒の燃焼室毎に燃料を直接噴射可能に配置された直接噴射式のエンジンとして構成されており、エンジンＥＣＵ２４により各気筒独立に噴射量の制御を受けるようになっている。エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッドＥＣＵ７０と通信しており、ハイブリッドＥＣＵ７０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。
【００１６】
プラネタリギヤ３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合すると共にリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持するキャリア３４とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素として差動作用を行なう。プラネタリギヤ３０は、キャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２３が、サンギヤ３１にはモータＭＧ１のサンギヤ軸３１ａが、リングギヤ３２にはモータＭＧ２のリングギヤ軸３２ａがそれぞれ連結されている。図２にサンギヤ３１の回転数Ｎｓとキャリア３４の回転数Ｎｃとリングギヤ３２の回転数Ｎｒとの関係を示す。図２には、キャリア３４にトルクＴｃが入力されたときにサンギヤ３１とリングギヤ３２とに分配されて出力されるトルクＴｃｓ，Ｔｃｒも示している。図２に示すように、キャリア３４の回転数Ｎｃは、プラネタリギヤ３０のギヤ比をρ（サンギヤ歯数／リングギヤ歯数）とすると、サンギヤ３１の回転数Ｎｓとリングギヤ３２の回転数Ｎｒとを用いて次式（１）により示すことができる。
【００１７】
【数１】
Ｎｃ＝Ｎｓ×ρ／（１＋ρ）＋Ｎｒ×１／（１＋ρ）（１）
【００１８】
また、キャリア３４にトルクＴｃが入力されたときにサンギヤ３１とリングギヤ３２とにそれぞれ出力されるトルクＴｃｓ，Ｔｃｒは、ギヤ比ρを用いて次式（２），（３）により示すことができる。
【００１９】
【数２】
Ｔｃｓ＝Ｔｃ×ρ／（１＋ρ）（２）
Ｔｃｒ＝Ｔｃ×１／（１＋ρ）＝Ｔｃｓ／ρ （３）
【００２０】
したがって、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ３１とリングギヤ３２とにプラネタリギヤ３０のギヤ比ρに応じて分配したり、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力とサンギヤ３１から入力されるモータＭＧ１からの動力とを統合してリングギヤ３２に出力したりすることができる。また、サンギヤ３１から入力されるモータＭＧ１からの動力をキャリア３４に出力してエンジン２２を始動させることもできる。すなわち、モータＭＧ１は、エンジン２２の始動を担うスタータモータとしての機能を有することもできる。リングギヤ３２は、ベルト３６，ギヤ機構３７，ディファレンシャルギヤ３８を介して駆動輪３９ａ，３９ｂに機械的に接続されている。したがって、リングギヤ３２に出力された動力は、ベルト３６，ギヤ機構３７，ディファレンシャルギヤ３８を介して駆動輪３９ａ，３９ｂに出力されることになる。
【００２１】
モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、共に発電機として駆動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を介してバッテリ５０と電力のやりとり行なう。インバータ４１，４２とバッテリ５０とを接続する電力ライン５４は、各インバータ４１，４２が共用する正極母線および負極母線を用いて構成されており、モータＭＧ１，ＭＧ２の一方で発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。したがって、バッテリ５０は、モータＭＧ１，ＭＧ２から生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。モータＭＧ１，ＭＧ２は、共に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の回転軸（サンギヤ軸３１ａ，リングギヤ軸３２ａ）の回転数を検出する回転数センサ４３，４４からの回転数Ｎｓ，Ｎｒ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などが出力されている。モータＥＣＵ４０は、ハイブリッドＥＣＵ７０と通信しており、ハイブリッドＥＣＵ７０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ＥＣＵ７０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により管理されている。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号としてバッテリ５０の温度を検出する温度センサ５１からの電池温度ＢＴやバッテリ５０を流れる電流を検出する図示しない電流センサからの充放電電流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ハイブリッドＥＣＵ７０に出力する。なお、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などに基づいて残容量ＳＯＣの演算も行なっている。
【００２２】
ハイブリッドＥＣＵ７０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したＲＯＭ７４と、一時的にデータを記憶する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ＥＣＵ７０には、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からアクセルペダルポジションＡＰ，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。また、ハイブリッドＥＣＵ７０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っている。
【００２３】
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の踏み込み量としてのアクセルペダルポジションＡＰと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求動力を計算し、この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、例えば、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全部がモータ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とモータＭＧ２とを運転制御する通常運転モードや、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが下限値ＳＬｏｗ（例えば、３０％や４０％）未満のときに駆動軸への要求動力とバッテリ５０の充電に必要な電力に相当する動力との和の動力がエンジン２２から出力されるようエンジン２２を運転制御する共にエンジン２２からの動力の一部がモータＭＧ１によって必要な電力としてバッテリ５０に充電されエンジン２２からの残余の動力がモータ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とモータＭＧ２とを運転制御する充電運転モード、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが上限値ＳＨｉ（例えば、７０％や８０％）以上のときに駆動軸への要求動力からバッテリ５０が放電する電力に相当する動力を減じた動力がエンジン２２から出力されるようエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２からの動力と放電電力を動力に変換するモータＭＧ２からの動力とにより要求動力に見合う動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１とモータＭＧ２とを運転制御する放電運転モード、車速Ｖが比較的遅い速度ＶＬｏｗ未満のときにエンジン２２の運転を停止しつつ要求動力に見合う動力がモータＭＧ２から出力されるようモータＭＧ２を運転制御するモータ運転モードなどがある。
【００２４】
次に、こうした運転モードによる運転を制限する際の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自動車２０のハイブリッドＥＣＵ７０により実行される運転モード制限処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。この処理は、所定時間毎（例えば、２０ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
【００２５】
運転モード制限処理ルーチンが実行されると、ハイブリッドＥＣＵ７０のＣＰＵ７２は、まず、バッテリ５０の温度を検出する温度センサ５１により検出されバッテリＥＣＵ５２から通信により入力された電池温度ＢＴを読み込み（ステップＳ１００）、読み込んだ電池温度ＢＴが所定の閾値Ｔｒｅｆ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。電池温度ＢＴが閾値Ｔｒｅｆ以上であると判定されたときには、何もせずに本ルーチンを終了し、電池温度ＢＴが閾値Ｔｒｅｆ未満であると判定されたときには前述の運転モードのうちモータ運転モードによる運転（エンジン２２の停止）を禁止して（ステップＳ１０４）本ルーチンを終了する。エンジン２２の停止を禁止するのは、図４のバッテリ５０の電池温度ＢＴとバッテリ５０が出力可能な電力との関係に示すように、バッテリ５０の電池温度ＢＴが低くなると、その内部抵抗の増加に伴ってバッテリ５０から出力できる電力も低下する。このため、低速走行時などにモータ運転モードによる運転により一旦エンジン２２を停止させてしまうと、次にエンジン２２の運転が必要となったときにバッテリ５０の出力不足によりモータＭＧ１によるエンジン２２の始動がもたつき、エンジン２２から出力される動力に遅れが生じてしまうことに基づいている。
【００２６】
次に、こうしてモータ走行モードによる運転が禁止されたときに実施例のハイブリッド自動車２０により実行される運転処理について説明する。図５は、実施例のハイブリッド自動車２０のハイブリッドＥＣＵ７０により実行されるエンジン停止禁止時運転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、所定時間毎（例えば、２０ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
【００２７】
エンジン停止禁止時運転制御ルーチンが実行されると、ハイブリッドＥＣＵ７０のＣＰＵ７２は、まず、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセルペダルポジションＡＰや車速センサ８８からの車速Ｖ、バッテリＥＣＵ５２により演算され通信により入力されたバッテリ５０の残容量ＳＯＣ、回転数センサ４３，４４により検出されたサンギヤ軸３１ａの回転数Ｎｓ，リングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを入力する処理を行なう（ステップＳ２００）。続いて、入力されたアクセルペダルポジションＡＰと車速Ｖとから駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに要求される要求トルクＴｒ＊を設定すると共に（ステップＳ２０２）、リングギヤ軸３２ａに要求される要求パワーＰｒ＊を設定する処理を行なう（ステップＳ２０４）。この処理は、実施例では、アクセルペダルポジションＡＰと車速Ｖと要求トルクＴｒ＊との関係（Ｔｒ＊＝ｆ（ＡＰ，Ｖ））を予め求めてマップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセルペダルポジションＡＰと車速Ｖとが与えられると、マップから対応する要求トルクＴｒ＊を導出し、この導出された要求トルクＴｒ＊にリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを乗じて要求パワーＰｒ＊を算出するものとした。なお、リングギヤ３２は駆動輪３９ａ，３９ｂに機械的に接続されており、リングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒは車速Ｖと比例関係にあるから、車速Ｖから演算により回転数Ｎｒを導出するものとしても構わない。
【００２８】
こうして要求パワーＰｒ＊が設定されると、この要求パワーＰｒ＊とステップＳ２００により入力されたバッテリ５０の残容量ＳＯＣに基づいてエンジン２２の目標パワーＰｅ＊を設定する（ステップＳ２０６）。実施例では、バッテリ５０の残容量ＳＯＣに応じて必要なバッテリ５０の充放電量Ｐｂ＊を設定すると共に、この充放電量Ｐｂ＊と要求パワーＰｒ＊との和のパワーをエンジン２２の目標パワーＰｅ＊として設定するものとした。したがって、前述したように、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが下限値ＳＬｏｗ未満のときに充放電量Ｐｂ＊として正の値が設定されると充電運転モードによる運転となり、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが上限値ＳＨｉ以上のときに充放電量Ｐｂ＊として負の値が設定されると放電運転モードによる運転となり、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが上限値ＳＨｉと下限値ＳＬｏｗとの範囲内にあるときに充放電量Ｐｂ＊としてゼロが設定されると通常運転モードによる運転となる。また、要求パワーＰｒ＊が低く残容量ＳＯＣにも余裕があるときなどに目標パワーＰｅ＊がゼロに設定されるときでも前述したようにモータ運転モードによる運転（エンジン２２の停止）は禁止されているから、このときにはエンジン２２をアイドリング運転させることになる。目標パワーＰｅ＊が設定されると、エンジン２２から目標パワーＰｅ＊を出力可能な運転ポイント（トルクと回転数とにより決定される運転ポイント）のうち最もエンジン効率が高いポイントが選択され、選択された運転ポイントにおけるトルクと回転数がそれぞれエンジン２２の目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊として設定される。
【００２９】
そして、プラネタリギヤ３０のギヤ比ρとエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊とリングギヤ３２の回転数Ｎｒに基づいてモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を設定する（ステップＳ２０８）。前述したように、サンギヤ３１の回転数Ｎｓとキャリア３４の回転数Ｎｃとリングギヤ３２の回転数Ｎｒとは式（１）の関係を有し、エンジン２２のクランクシャフト２３はキャリア３４にモータＭＧ１はサンギヤ３１にそれぞれ接続されているから、キャリア３４の回転数Ｎｃに相当するエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊とリングギヤ３２の回転数Ｎｒとギヤ比ρとから上記の式（１）を用いてサンギヤ３１の回転数Ｎｓを算出することができ、これをモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊とすることができる。なお、リングギヤ３２は駆動輪３９ａ，３９ｂに機械的に接続されているから、回転数センサ４４から回転数Ｎｒを直接検出する代わりに車速Ｖから演算される回転数Ｎｒを用いるものとしても構わない。
【００３０】
モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を設定すると、プラネタリギヤ３０のギヤ比ρに基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の目標トルクＴｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定する（ステップＳ２１０）。モータＭＧ１の目標トルクＴｍ１＊は、図２の関係に示すように、エンジン２２の目標トルクＴｅ＊がトルクＴｃとしてキャリア３４に入力されたときにサンギヤ３１に分配されるトルクＴｃｓに釣り合うよう設定すればよい。すなわち、モータＭＧ１の目標トルクＴｍ１＊は、トルクＴｃｓに正負を入れ換えたものとして次式（４）により計算すればよい。一方、モータＭＧ２の目標トルクＴｍ２＊は、エンジン２２から直接分配されるトルクＴｃｒ（＝Ｔｃｓ／ρ）を考慮しつつステップＳ２０２で設定された要求トルクＴｒ＊がリングギヤ３２に出力されるように次式（５）により計算すればよい。
【００３１】
【数３】
Ｔｍ１＊＝−Ｔｅ＊×ρ／（１＋ρ）（４）
Ｔｍ２＊＝Ｔｒ＊−Ｔｅ＊×１／（１＋ρ）（５）
【００３２】
こうして、エンジン２２の目標パワーＰｅ＊や目標トルクＴｅ＊と、モータＭＧ１の目標トルクＴｍ１＊や目標回転数Ｎｍ１＊と、モータＭＧ２の目標トルクＴｍ２＊とがそれぞれ設定されると、エンジン２２の目標パワーＰｅ＊が閾値Ｐｒｅｆ未満であるか否かを判定する（ステップＳ２１２）。そして、目標パワーＰｅ＊が閾値Ｐｒｅｆ未満であると判定されたときには、エンジン２２の各気筒の一部（例えば、４気筒のうちの２気筒）のみを用いてエンジン２２が目標トルクＴｅ＊を出力するようにエンジンＥＣＵ２４に指示すると共にモータＭＧ１が目標トルクＴｍ１＊および目標回転数Ｎｍ１＊で駆動するように又モータＭＧ２が目標トルクＴｍ２＊で駆動するようにモータＥＣＵ４０に指示して（ステップＳ２１４）、本ルーチンを終了する。一方、目標パワーＰｅ＊が閾値Ｐｒｅｆ以上であると判定されたときには、エンジン２２の気筒の全てを用いてエンジン２２が目標トルクＴｅ＊を出力するようにエンジンＥＣＵ２４に指示すると共にモータＭＧ１が目標トルクＴｍ１＊および目標回転数Ｎｍ１＊で駆動するように又モータＭＧ２が目標トルクＴｍ２＊で駆動するようにモータＥＣＵ４０に指示して（ステップＳ２１６）、本ルーチンを終了する。ここで、閾値Ｐｒｅｆは、エンジン２２が全気筒による運転を行なうか一部の気筒による運転を行なうかを判定するための閾値であり、エンジン２２の特性などを考慮して設定される。指示を受けたモータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１が目標トルクＴｍ１＊を出力しながら目標回転数Ｎｍ１＊で回転するようモータＭＧ１の回転数を制御すると共にモータＭＧ２が目標トルクＴｍ２＊に見合うトルクを出力するようにモータＭＧ２を駆動制御する。また、指示を受けたエンジンＥＣＵ２４は、一部の気筒の駆動を指示されたときには、複数気筒のうちの一部の気筒に燃料を供給すると共に残りの気筒の燃料の供給を遮断することによりエンジン２２から目標トルクＴｅ＊に見合うトルクが出力されるようエンジン２２を運転制御し、全ての気筒の駆動を指示されたときには、全気筒に燃料を供給することによりエンジン２２から目標トルクＴｅ＊に見合うトルクが出力されるようエンジン２２を運転制御する。目標パワーＰｅ＊としてゼロが設定されているときには、エンジンＥＣＵ２４は、一部の気筒に燃料を供給してエンジン２２をアイドリング運転することになる。このようにエンジン２２の要求パワーＰｅ＊が低いときには一部の気筒のみを駆動するのは、前述したようにバッテリ５０の電池温度ＢＴが低いときには、バッテリ５０の出力不足によりエンジン２２の始動が遅れるからエンジン２２を停止させないが、エンジン２２の目標パワーが低いときに全気筒に燃料供給してエンジン２２を運転すると燃料の消費量が多くなりエネルギ効率が低下することに基づいている。
【００３３】
エンジン停止禁止時運転制御ルーチンは、モータ運転モードによる運転が禁止されているときの処理であるから、バッテリ５０の電池温度ＢＴが閾値Ｔｒｅｆ以上あり図３のルーチンでエンジン２２の停止が禁止されていないときには、モータ運転モードによる運転（エンジン２２の停止）の条件が成立したとき例えば、車速Ｖが低速度ＶＬｏｗ未満のときにエンジン２２を停止してモータＭＧ２のみにより走行することになる。このモータ運転モードによる運転は、具体的には、アクセルペダルポジションＡＰと車速Ｖとに基づいて要求トルクＴｒ＊を設定し、エンジン２２の目標パワーＰｅ＊とモータＭＧ１の目標トルクＴｍ１＊をゼロに設定すると共に駆動軸から要求トルクＴｒ＊が出力されるようにモータＭＧ２の目標トルクＴｍ２＊を設定し、設定された目標値をエンジンＥＣＵ２４やバッテリＥＣＵ５２に出力することにより行なわれる。
【００３４】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、バッテリ５０の電池温度ＢＴが閾値Ｐｒｅｆ未満で十分な電力が供給できないときであって、駆動軸への要求パワーＰｒ＊に基づいて設定されたエンジン２２の目標パワーＰｅ＊が閾値Ｐｒｅｆ未満のときには、一部の気筒の駆動によりエンジン２２を継続運転、例えば、エンジン２２の目標パワーＰｅ＊がゼロのときには、一部の気筒を駆動してエンジン２２をアイドリング運転させるから、エンジン２２を停止したときのバッテリ５０からの電力不足によるエンジン２２の再始動時にもたつきが生じることを回避できると共に、一部の気筒のみの燃料供給により燃料消費を少なくして継続運転に伴うエネルギ効率の低下を防止することができる。
【００３５】
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２を、燃料噴射弁２８から各気筒の燃焼室毎に燃料を直接噴射可能な直接噴射式のエンジンとして構成するものとしたが、各気筒のうちの一部の気筒に燃料を供給できるものであれば、如何なる構成とするものとしても構わない。例えば、エンジン２２を、気筒毎の吸気管毎に燃料噴射弁を配置することにより気筒毎に独立して燃料を噴射するように構成するものとしたり、複数の気筒のうちの２気筒ずつまたは３気筒ずつをグループとしてグループ毎の吸気マニホールドの集合部分に燃料噴射弁を配置することによりグループ毎に独立して燃料を噴射するように構成するものとしても構わない。また、燃料噴射弁による燃料の噴射制御としては、吸入，圧縮，膨張，排気を１サイクルとして例えば２サイクルや３サイクルおきに１サイクル分の燃料を各気筒に供給することにより一部の気筒を駆動するものとしても構わない。
【００３６】
実施例のハイブリッド自動車２０では、モータ運転モードによる運転が禁止されているときに設定されたエンジン２２の目標パワーＰｅ＊が閾値Ｐｒｅｆ未満のとき、一部の気筒の駆動によりエンジン２２から目標トルクＴｅ＊を出力するものとしたが、駆動する気筒の数は、目標パワーＰｅ＊に応じて設定、例えば、目標パワーＰｅ＊が低いほど少ない数に設定するものとしても構わない。こうすれば、エンジン２２の運転を継続しながら、燃料の消費量をより少なくすることができる。
【００３７】
実施例のハイブリッド自動車２０では、モータ運転モードによる運転が禁止されているときには、駆動軸の要求パワーＰｒ＊と残容量ＳＯＣとに基づいてエンジン２２の目標パワーＰｅ＊を設定し、設定された目標パワーＰｅ＊が閾値Ｐｒｅｆ未満のときには一部の気筒の駆動によりエンジン２２からの目標パワーＰｅ＊に応じた目標トルクＴｅ＊が出力されるようエンジン２２を制御するものとしたが、モータ運転モードによる運転が禁止されているときにモータ運転モードによる運転条件（例えば、車速Ｖが比較的遅い速度ＶＬｏｗ未満のときなど）が成立したときには、常に、一部の気筒の駆動によりエンジン２２をアイドリング運転すると共にモータＭＧ１からトルクを出力せずに、モータＭＧ２からのパワーのみを用いて駆動軸に要求される要求パワーＰｒ＊を出力するものとしても構わない。このとき、駆動する一部の気筒には、エンジン２２がアイドリング運転を維持できる程度の燃料を供給すればよい。
【００３８】
実施例では、エンジン２２とプラネタリギヤ３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とを備える動力出力装置を搭載したハイブリッド自動車２０を具体例として説明したが、複数気筒のうちの一部の気筒による運転が可能なエンジンとバッテリからの電力を用いて駆動するモータとを動力源として備えておりエンジンの自動停止とバッテリの放電を伴う自動始動とが可能な車両であれば、如何なる構成の車両であっても適用することができる。例えば、図６の変形例のハイブリッド自動車１２０に示すように、エンジン１２２のクランクシャフトに接続されたインナーロータ１３２と駆動輪１５９ａ，１５９ｂに結合された駆動軸１５２に取り付けられたアウターロータ１３４とを有しインナーロータ１３２とアウターロータ１３４との電磁的な作用により相対的に回転するモータ１３０と、駆動軸１５２に直接動力を出力可能なモータ１４０と、モータ１３０，１４０との間で電力をやり取りするバッテリ１５０とを備える構成とするものとしても構わない。また、図７の変形例のハイブリッド自動車２２０に示すように、変速機（Ａ／Ｔ）を介して駆動輪に接続された駆動軸に動力を出力可能なエンジンと、エンジンの回転軸とクラッチを介して接続された回転軸を有する発電可能なモータと、モータとの間で電力のやり取りを行なうバッテリとを備える構成とするものとしたり、図８の変形例のハイブリッド自動車３２０に示すように、クラッチと変速機（例えば、ＣＶＴ）とを順に介して駆動輪に接続された駆動軸に動力を出力可能なエンジンと、クラッチと変速機との間の回転軸に直接動力を出力可能なモータと、モータとの間で電力のやり取りを行なうバッテリとを備える構成としたり、図９の変形例のハイブリッド自動車４２０に示すように、変速機（Ａ／Ｔ）を介して第１の駆動輪（例えば、前輪）に接続された駆動軸に動力を出力可能なエンジンと、エンジンの回転軸に接続された回転軸を有する発電可能な発電用モータと、発電用モータで発電された電力を蓄電するバッテリと、バッテリからの蓄電電力を用いて第２の駆動輪（例えば、後輪）に接続された駆動軸に動力を出力可能な駆動用モータとを備える構成としたりするものとしても構わない。さらに、複数気筒のうちの一部の気筒による運転が可能なエンジンのみを動力源とする車両であっても、エンジンの自動停止とバッテリの放電に伴う自動始動とが可能な車両であれば適用可能である。例えば、通常では、車両が停止しているときなどのエンジン停止の条件の成立によりエンジンを自動停止するが、バッテリの温度が低いときにはエンジン停止の条件が成立しても複数気筒のうちの一部の気筒に燃料を供給してエンジンをアイドリング運転する場合が考えられる。
【００３９】
以上、本発明の実施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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である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。
【図２】サンギヤ３１の回転数Ｎｓとキャリア３４の回転数Ｎｃとリングギヤ３２の回転数Ｎｒとの関係を示す図である。
【図３】実施例のハイブリッド自動車２０により実行される運転モード制限処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図４】バッテリ５０の電池温度ＢＴとバッテリ５０が出力可能な電力との関係を示す説明図である。
【図５】実施例のハイブリッド自動車２０により実行されるエンジン停止禁止時運転制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図６】変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。
【図７】変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。
【図８】変形例のハイブリッド自動車３２０の構成の概略を示す構成図である。
【図９】変形例のハイブリッド自動車４２０の構成の概略を示す構成図である。
【符号の説明】
２０，１２０，２２０，３２０，４２０ハイブリッド自動車、２２，１２２エンジン、２３クランクシャフト、２４エンジンＥＣＵ、２５ダンパ、２６燃料タンク、２７燃料ポンプ、２８燃料噴射弁、３０プラネタリギヤ、３１サンギヤ、３１ａサンギヤ軸、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、３６ベルト、３７ギヤ機構、３９ａ，３９ｂ，１５９ａ，１５９ｂ駆動輪、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回転数センサ、５０，１５０バッテリ、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、７０ハイブリッド用電子制御ユニット（ハイブリッドＥＣＵ）、７２ＣＰＵ、７４ＲＯＭ、７６ＲＡＭ、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、ＭＧ１，ＭＧ２モータ、１３０モータ、１３２インナーロータ、１３４アウターロータ、１４０モータ。

Claims

駆動軸に動力を出力可能な複数気筒を有する内燃機関を備え、該内燃機関の自動停止と二次電池の放電を伴う該内燃機関の自動始動とが可能な動力出力装置であって、
前記二次電池からの電力を用いて前記駆動軸に動力を出力可能な駆動用電動機と、
前記二次電池の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段により検出された温度が所定の温度以上のときに所定の停止条件が成立したときには、前記内燃機関が停止されると共に前記駆動軸に要求動力が出力されるよう前記内燃機関と前記駆動用電動機とを運転制御し、前記温度検出手段により検出された温度が所定の温度未満のときに前記所定の停止条件が成立したときには、該成立に拘わらず前記複数気筒のうちの一部の気筒の駆動により前記内燃機関が継続運転されると共に前記駆動軸に要求動力が出力されるよう前記内燃機関と前記駆動用電動機とを運転制御する運転制御手段と
を備える動力出力装置。
請求項１記載の動力出力装置であって、
前記運転制御手段は、前記温度が所定の温度未満のときに前記所定の停止条件が成立したときには、前記内燃機関をアイドリング運転するよう制御する手段である
動力出力装置。
請求項１または２記載の動力出力装置であって、
前記運転制御手段は、前記温度が所定の温度未満のときには、前記要求動力に基づいて前記内燃機関が出力すべき目標動力を設定し、該設定された目標動力が所定の動力以上のときには前記複数気筒の全部の駆動により前記目標動力が出力されるよう前記内燃機関を運転制御し、前記目標動力が前記所定の動力未満のときには前記複数気筒のうちの一部の駆動により前記目標動力が出力されるよう前記内燃機関を運転制御すると共に、前記要求動力が前記駆動軸に出力されるよう前記駆動用電動機を運転制御する手段である
動力出力装置。
請求項１なしい３いずれか記載の動力出力装置であって、
前記内燃機関からの動力の一部を前記駆動軸に伝達すると共に、残余の動力を電力に変換可能な動力伝達変換手段を備える
動力出力装置。
請求項４記載の動力出力装置であって、
前記動力伝達変換手段は、前記内燃機関の出力軸に接続された第１の軸と前記駆動軸に接続された第２の軸と第３の軸とを有し該３軸のうちのいずれかの２軸に入出力される動力に基づいて残余の動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、前記第３の軸に接続された発電可能な発電用電動機とを有する手段であり、
前記駆動用電動機は、前記駆動軸に接続されている
動力出力装置。
請求項４記載の動力出力装置であって、
前記動力伝達変換手段は、前記内燃機関の出力軸に接続された第１のロータと駆動軸に取り付けられた第２のロータとを有し該第１のロータと該第２のロータとの電磁的な作用により相対的に回転する発電可能な発電用電動機であり、
前記駆動用電動機は、前記駆動軸に直接接続されている
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する自動車であって、
前記駆動軸は、前記自動車の車軸に接続されている自動車。