JP5218244B2

JP5218244B2 - ハイブリッド自動車

Info

Publication number: JP5218244B2
Application number: JP2009101121A
Authority: JP
Inventors: 武志元古; 郁男安藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-04-17
Filing date: 2009-04-17
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2029-04-17
Also published as: JP2010247749A

Description

本発明は、ハイブリッド自動車に関する。

従来、この種のハイブリッド自動車としては、可変バルブタイミング機構を有するエンジンと、エンジンのクランクシャフトにキャリアが接続されると共にリングギヤに駆動軸が接続された遊星歯車装置と、遊星歯車装置のサンギヤに接続されたジェネレータと、遊星歯車装置のリングギヤに接続されたモータと、ジェネレータおよびモータと電力をやり取りするバッテリとを備え、制動時にバッテリの充電量が満充電に近いときには、エンジンブレーキが駆動軸に出力されるよう制御するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この自動車では、目標とするエンジンブレーキからエンジンの回転数に応じたフリクション分を減算することにより目標ポンピング抵抗を設定し、エンジンのポンピング抵抗が設定した目標ポンピング抵抗となるようにスロットル開度と吸気バルブのバルブタイミングとを制御している。

特開２００４−２２５５６４号公報

上述したハイブリッド自動車では、スロットル開度が小さくするほどエンジンのポンピング抵抗を大きくすることができるものの、吸気管内の負圧が過大となる場合があり、この場合、エンジンオイルが燃焼室に吸い込まれ、エンジンオイルの消費量が増大し、デポジットが堆積してしまう。

本発明のハイブリッド自動車は、蓄電装置の充電が制限されている最中に電動機を回生制御するときに内燃機関の潤滑油の消費を抑制しつつ電動機の発電電力を内燃機関のモータリングでより確実に消費する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、
吸気バルブの開閉タイミングであるバルブタイミングの変更が可能な内燃機関と、
動力の入出力が可能な第１の電動機と、
前記内燃機関の出力軸と前記第１の電動機の回転軸と車軸に連結された駆動軸の３軸に接続され、該３軸のうちいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の１軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、
前記駆動軸に動力の入出力が可能な第２の電動機と、
前記第１の電動機および前記第２の電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、
前記蓄電手段の充電が制限されている最中に発電を伴って前記第２の電動機を回生制御するときには、前記内燃機関の回転抵抗を増加する回転抵抗増加要求がなされていない場合には前記内燃機関がモータリングされるよう前記第１の電動機を駆動制御し、前記回転抵抗増加要求がなされている場合には前記回転抵抗増加要求がなされていない場合に比して前記バルブタイミングが進角されると共に吸気系の圧力が所定圧力を下回らない範囲内でスロットル開度が調節されるよう前記内燃機関を運転制御し該内燃機関がモータリングされるよう前記第１の電動機を駆動制御する回生時制御手段と
を備えることを要旨とする。

この本発明のハイブリッド自動車では、蓄電手段の充電が制限されている最中に発電を伴って第２の電動機を回生制御するときには、内燃機関の回転抵抗を増加する回転抵抗増加要求がなされていない場合には内燃機関がモータリングされるよう第１の電動機を駆動制御し、回転抵抗増加要求がなされている場合には回転抵抗増加要求がなされていない場合に比してバルブタイミングが進角されると共に吸気系の圧力が所定圧力を下回らない範囲内でスロットル開度が調節されるよう内燃機関を運転制御し内燃機関がモータリングされるよう第１の電動機を駆動制御する。これにより、蓄電装置の充電が制限されている最中に電動機を回生制御するときでも電動機の発電電力を内燃機関のモータリングでより確実に消費することができると共に内燃機関のモータリングに伴って吸気系の負圧により潤滑油が内燃機関の吸気系や燃焼室に吸い込まれるのを抑制することができる。

こうした本発明のハイブリッド自動車において、前記回生時制御手段は、前記回転抵抗増加要求がなされていない場合には前記内燃機関の回転数に対して第１の関係を用いて得られるスロットル開度により該内燃機関を制御し、前記回転抵抗増加要求がなされている場合には前記内燃機関の回転数に対して前記第１の関係よりもスロットル開度が大きくなる第２の関係を用いて得られるスロットル開度により該内燃機関を制御する手段であるものとすることもできる。

また、本発明のハイブリッド自動車において、前記内燃機関は、前記吸気バルブの遅閉じにより圧縮比よりも膨張比が大きくなるよう構成されてなるものとすることもできる。この場合、バルブタイミングを進角することにより内燃機関の回転抵抗を増大する効果がより顕著なものとなる。

さらに、本発明のハイブリッド自動車において、前記蓄電手段に入力できる最大電力としての入力制限を設定する入力制限設定手段を備え、前記回転抵抗増加要求は、前記駆動軸に要求される要求制動パワーが前記設定された入力制限を超える余剰エネルギが所定エネルギ以上のときになされる要求であるものとすることもできる。

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２２の構成の概略を示す構成図である。バッテリ５０における電池温度Ｔｂと入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔとの関係の一例を示す説明図である。バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）と入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの補正係数との関係の一例を示す説明図である。実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行されるアクセルオフ時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。要求制動トルク設定用マップの一例を示す説明図である。エンジン２２をモータリングしている状態で走行しているときの動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図の一例を示す説明図である。エンジンＥＣＵ２４により実行されるエンジン制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。エンジン２２の回転数Ｎｅと目標スロットル開度Ｔａ＊との関係の一例を示す説明図である。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。

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を介して接続された３軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０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に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに減速ギヤ３５を介して接続されたモータＭＧ２と、車両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、例えばガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力可能な内燃機関として構成されており、図２のエンジン２２を中心とする構成図に示すように、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燃料噴射弁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を介して燃料室に吸入し、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。このエンジン２２は、吸気バルブ１２８の閉じタイミングを下死点よりも大幅に遅角させて、吸入した混合気の一部を吸気系に戻すことにより、圧縮比よりも膨張比を大きくしたアトキンソンサイクルエンジンとして構成されている。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。

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は、ＣＰＵ２４ａ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、ＣＰＵ２４ａの他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ２４ｂと、データを一時的に記憶するＲＡＭ２４ｃ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。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２の状態を検出する種々のセンサからの信号、例えば、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，吸気管に取り付けられたエアフローメータ１４８からのエアフローメータ信号ＡＦ，同じく吸気管に取り付けられた温度センサ１４９からの吸気温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、例えば、燃料噴射弁１２６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への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。なお、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。なお、エンジンＥＣＵ２４は、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に基づいてクランクシャフト２６の回転数、即ちエンジン２２の回転数Ｎｅも演算している。

動力分配統合機構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遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構３０は、キャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、サンギヤ３１にはモータＭＧ１が、リングギヤ３２にはリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５がそれぞれ連結されており、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側とリングギヤ３２側にそのギヤ比に応じて分配し、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からの動力を統合してリングギヤ３２側に出力する。リングギヤ３２に出力された動力は、リングギヤ軸３２ａからギヤ機構６０およびデファレンシャルギヤ６２を介して、最終的には車両の駆動輪６３ａ，６３ｂに出力される。

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を介してバッテリ５０と電力のやりとりを行なう。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として構成されており、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれか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のいずれか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。なお、モータＭＧ１，ＭＧ２により電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ５０は充放電されない。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。なお、モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４からの信号に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２も演算している。

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。また、バッテリＥＣＵ５２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）を演算したり、演算した残容量（ＳＯＣ）と電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ５０を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算している。なお、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、電池温度Ｔｂに基づいて入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値を設定し、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）に基づいて出力制限用補正係数と入力制限用補正係数とを設定し、設定した入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値に補正係数を乗じることにより設定することができる。図３に電池温度Ｔｂと入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔとの関係の一例を示し、図４にバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）と入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの補正係数との関係の一例を示す。

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。

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、特に、走行中にアクセルペダル８３がオンからオフされた際の動作について説明する。図５は実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行されるアクセルオフ時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、アクセルオフの最中に所定時間毎（例えば数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

アクセルオフ時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、車速センサ８８からの車速ＶやモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔなど制御に必要なデータを入力する（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により検出されたモータ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。また、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、バッテリＥＣＵ５２により設定されたものを通信により入力するものとした。

続いて、入力した車速Ｖに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき制動トルクとしての要求制動トルクＴｒ＊と要求制動パワーＰｒ＊とを設定する（ステップＳ１１０）。ここで、要求制動トルクＴｒ＊の設定は、アクセルオフ時には、車速Ｖと要求制動トルクＴｒ＊との関係を予め求めてマップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、車速Ｖが与えられるとマップから対応する要求制動トルクＴｒ＊を導出することにより行なうものとした。要求制動トルク設定用マップの一例を図６に示す。また、要求制動パワーＰｒ＊は、要求制動トルクＴｒ＊にリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを乗じることにより計算することができる。なお、リングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒは、車速Ｖに換算係数ｋを乗じること（Ｎｒ＝ｋ・Ｖ）によって求めたり、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（Ｎｒ＝Ｎｍ２／Ｇｒ）によって求めることができる。

そして、入力したバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎから設定した要求制動パワーＰｒ＊を減じることにより余剰エネルギＰｅｘとして計算し（ステップＳ１２０）、計算した余剰エネルギＰｅｘが値０よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１３０）。この判定は、要求制動パワーＰｒ＊を電力換算したときにバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎを超えるか否かを判定するものとなる。余剰エネルギＰｅｘが値０以下のときには、モータＭＧ１から入出力すべきトルクとしてのトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定し（ステップＳ１４０）、モータＭＧ２から入出力すべきトルクとしてのトルク指令Ｔｍ２＊に要求制動トルクＴｒ＊を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除したものを設定し（ステップＳ１５０）、設定したトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ１６０）、本ルーチンを終了する。モータＭＧ１，ＭＧ２の制御は、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０がトルク指令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をスイッチング制御することにより行なわれる。いま、余剰エネルギＰｅｘが値０以下のときを考えているから、要求制動トルクＴｒ＊のすべてをモータＭＧ２の回生制御により出力するものとしても、バッテリ５０に入力制限Ｗｉｎを超える電力が入力されることはない。

ステップＳ１３０で余剰エネルギＰｅｘが値０よりも大きいときには、エンジン２２の燃料カット指令をエンジンＥＣＵ２４に送信すると共に（ステップＳ１７０）、余剰エネルギＰｅｘに基づいてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定する（ステップＳ１８０）。ここで、目標回転数Ｎｅ＊の設定は、実施例では、余剰エネルギＰｅｘが大きいほど目標回転数Ｎｅ＊が高くなるよう余剰エネルギＰｅｘと目標回転数Ｎｅ＊との関係を予め求めてマップとして記憶しておき、余剰エネルギＰｅｘが与えられると、マップから対応する目標回転数Ｎｅ＊を導出することにより行なうものとした。

目標回転数Ｎｅ＊を設定すると、さらに余剰エネルギＰｅｘが閾値Ｐｔｈ未満か否かを判定し（ステップＳ１９０）、余剰エネルギＰｅｘが閾値Ｐｔｈ未満のときには、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＊を計算すると共に計算した目標回転数Ｎｍ１＊と現在の回転数Ｎｍ１とに基づいて式（２）によりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算する（ステップＳ２１０）。ここで、式（１）は、動力分配統合機構３０の回転要素に対する力学的な関係式である。動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図を図７に示す。図中、左のＳ軸はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１であるサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はエンジン２２の回転数Ｎｅであるキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除したリングギヤ３２の回転数Ｎｒを示す。式（１）は、この共線図を用いれば容易に導くことができる。なお、Ｒ軸上の２つの太線矢印は、モータＭＧ１から出力されたトルクＴｍ１がリングギヤ軸３２ａに作用するトルクと、モータＭＧ２から出力されるトルクＴｍ２が減速ギヤ３５を介してリングギヤ軸３２ａに作用するトルクとを示す。また、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「ｋ１」は比例項のゲインであり、右辺第３項の「ｋ２」は積分項のゲインである。

Nm1*=Ne*・(1+ρ)/ρ-Nm2/(Gr・ρ) (1)
Tm1*=前回Tm1*+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt (2)

こうしてモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊とトルク指令Ｔｍ１＊とを計算すると、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔと計算したモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に現在のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を乗じて得られるモータＭＧ１の消費電力（発電電力）との偏差をモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２で割ることによりモータＭＧ２から出力してもよいトルクの上下限としてのトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘを次式（４）および式（５）により計算すると共に（ステップＳ２２０）、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を用いてモータＭＧ２から出力すべきトルクの仮の値である仮トルクＴｍ２ｔｍｐを式（６）により計算し（ステップＳ２３０）、計算したトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘで仮トルクＴｍ２ｔｍｐを制限した値としてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定して（ステップＳ２４０）、設定したトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ１６０）、本ルーチンを終了する。ここで、式（６）は、前述した図７の共線図から容易に導き出すことができる。このように、余剰エネルギＰｅｘが値０よりも大きいときには、モータＭＧ２から要求制動トルクＴｒ＊を出力すると、モータＭＧ２の発電電力がバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎを超えるから、モータＭＧ１でエンジン２２をモータリングしてモータＭＧ２の発電電力の一部を消費することにより、バッテリ５０が入力制限Ｗｉｎを超えて充電しないようにしているのである。

Tmin=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 (4)
Tmax=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 (5)
Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr (6)

ステップＳ１９０で余剰エネルギＰｅｘが閾値Ｐｔｈ以上と判定されると、可変バルブタイミング機構５０の吸気バルブ１２８の開閉タイミングが進角されるようＶＶＴ進角要求をエンジンＥＣＵ２４に送信し（ステップＳ２００）、ステップＳ２１０以降の処理を行なって本ルーチンを終了する。同一のスロットル開度であれば、可変バルブタイミング機構５０により吸気バルブ１２８を進角した方がエンジン２２のポンピングロスを増加させることができるから、エンジン２２を燃料カットした状態でモータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングすることにより、モータＭＧ２の発電電力のうちバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎを超える余剰エネルギＰｅｘをより確実に消費することができる。

次に、エンジン２２の制御について説明する。図８は、エンジンＥＣＵ２４により実行されるエンジン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（例えば数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。エンジン制御ルーチンが実行されると、エンジンＥＣＵ２４は、まず、エンジン回転数Ｎｅ＊などの制御に必要なデータを入力すると共に（ステップＳ３００）、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からＶＶＴ進角要求がなされているか否かを判定する（ステップＳ３１０）。ＶＶＴ進角要求がなされていないときには、目標バルブタイミングＶＶＴ＊として遅角側の所定タイミングＶＶＴ１を設定し（ステップＳ３２０）、非進角時用マップを用いて入力したエンジン回転数Ｎｅに基づいて目標スロットル開度Ｔａ＊を設定し（ステップＳ３３０）、ＶＶＴ進角要求がなされているときには、目標バルブタイミングＶＶＴ＊としてタイミングＶＶＴ１よりも進角した進角用のタイミングＶＶＴ２を設定し（ステップＳ３４０）、進角時用マップを用いて入力したエンジン回転数Ｎｅに基づいて目標スロットル開度Ｔａ＊を設定する（ステップＳ３５０）。非進角時用マップと進角時用マップの一例を図９に示す。図示するように、非進角時用マップと進角時用マップは、共にエンジン回転数Ｎｅが大きいほど目標スロットル開度Ｔａ＊が大きくなるが、進角時用マップの方が非進角時用マップよりも目標スロットル開度Ｔａ＊が大きくなるよう定められている。スロットル開度が小さいほどエンジン２２のポンピングロスは大きくすることができるものの、エンジン２２の吸気管内の圧力（負圧）が低くなる結果、燃焼室内にエンジンオイルが吸い込まれて消費されると共にデポジットが堆積する。実施例では、ＶＶＴ進角要求がなされているときには、可変バルブタイミング機構５０による吸気バルブ１２８の開閉タイミングとの組み合わせによりＶＶＴ進角要求がなされていないときに比して全体としてエンジン２２のポンピングロスによるフリクションを大きくするが、吸気管内の圧力が所定圧（例えば、−７０ｋｐａ）を下回らないよう進角時用マップを定めることにより、上述した不具合の発生を回避している。こうして目標バルブタイミングＶＶＴ＊と目標スロットル開度Ｔａ＊とを設定すると、設定した目標バルブタイミングＶＶＴ＊で可変バルブタイミング機構５０を制御すると共に設定した目標スロットル開度Ｔａ＊でスロットルモータ１３６を制御して（ステップＳ３６０）、本ルーチンを終了する。なお、図８のルーチンでは、目標スロットル開度Ｔａ＊を設定してスロットルバルブ１２４（スロットルモータ１３６）を制御するものとしたが、アイドルスピードコントロール（ＩＳＣ）バルブを備える場合には、スロットルバルブ１２４に代えてＩＳＣバルブを制御するものとしてもよい。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、モータＭＧ２の回生制御により要求制動トルクＴｒ＊をリングギヤ軸３２ａに出力するときには、モータＭＧ２の発電電力がバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎを超える余剰エネルギＰｅｘが値０以上のときには、余剰エネルギＰｅｘが閾値Ｐｔｈ未満の場合にエンジン２２の吸気バルブ１２８の目標バルブタイミングＶＶＴ＊に所定タイミングＶＶＴ１を設定すると共に非進角用マップを用いてエンジン２２の回転数Ｎｅに基づいて得られる目標スロットル開度Ｔａ＊を設定し、余剰エネルギＰｅｘが閾値Ｐｔｈ以上の場合に吸気バルブ１２８の目標バルブタイミングＶＶＴ＊に所定タイミングＶＶＴ１よりも進角したタイミングＶＶＴ２を設定すると共に非進角用マップに比してエンジン２２の回転数Ｎｅに対して目標スロットル開度Ｔａ＊が大きくなる進角用マップを用いて目標スロットル開度Ｔａ＊を設定するから、モータＭＧ１により燃料カットしている状態のエンジン２２をモータリングすることによりモータＭＧ２の発電電力のうちバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎを超える余剰エネルギＰｅｘをより確実に消費することができると共にエンジン２２の吸気管内の圧力（負圧）が低くなり過ぎることにより吸気管内や燃焼室内にエンジンオイルが吸い込まれて消費されたりデポジットが堆積したりする不都合の発生を抑制することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、余剰エネルギＰｅｘが閾値Ｐｔｈ未満か否かにより目標バルブタイミングＶＶＴ＊を２段階に変更するものとしたが、余剰エネルギＰｅｘに対して目標バルブタイミングＶＶＴ＊を３段階以上の多段階に変更するものとしてもよいし、余剰エネルギＰｅｘの変化に対して目標バルブタイミングＶＶＴ＊を連続的に変更するものとしてもよい。これらの場合、目標スロットル開度Ｔａ＊としては、目標バルブタイミングＶＶＴ＊の変更に併せてマップを変更し、変更したマップを用いてエンジン２２の回転数Ｎｅに基づいて設定するものとすればよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎから要求制動パワーＰｒ＊を減じたものである余剰エネルギＰｅｘに基づいてＶＶＴ進角要求の可否を判定するものとしたが、要求制動パワーＰｒ＊だけに基づいて判定するものとしてもよいし、入力制限Ｗｉｎだけに基づいて判定するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、減速ギヤ３５を介して駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａにモータＭＧ２を取り付けるものとしたが、リングギヤ軸３２ａにモータＭＧ２を直接取り付けるものとしてもよいし、減速ギヤ３５に代えて２段変速や３段変速，４段変速などの変速機を介してリングギヤ軸３２ａにモータＭＧ２を取り付け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では、モータＭＧ２の動力を減速ギヤ３５により変速してリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図１０の変形例のハイブリッド自動車２２０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６３ａ，６３ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図１０における車輪６４ａ，６４ｂに接続された車軸）に接続するものとしてもよい。

ここで、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２２が「内燃機関」に相当し、モータＭＧ１が「第１の電動機」に相当し、動力分配統合機構３０が「３軸式動力入出力手段」に相当し、モータＭＧ２が「第２の電動機」に相当し、バッテリ５０が「蓄電手段」に相当し、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに要求される要求制動パワーＰｒ＊がバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎを超える余剰エネルギＰｅｘが値０以上のときには、余剰エネルギＰｅｘに基づいてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定し、設定した目標回転数Ｎｅ＊でエンジン２２がモータリングされるようモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定すると共に要求制動トルクＴｒ＊がリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定してエンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０に送信し、余剰エネルギＰｅｘが閾値Ｐｔｈ以上のときにはＶＶＴ進角要求をエンジンＥＣＵ２４に送信する図５のアクセルオフ時制御ルーチンを実行するハイブリッド用電子制御ユニット７０とＶＶＴ進角要求がなされていないときには目標バルブタイミングＶＶＴ＊に所定タイミングＶＶＴ１を設定すると共に非進角時用マップを用いて目標スロットル開度Ｔａ＊を設定しＶＶＴ進角要求がなされているときには目標バルブタイミングＶＶＴ＊に所定タイミングＶＶＴ１よりも進角したタイミングＶＶＴ２を設定すると共に進角時用マップを用いて目標スロットル開度Ｔａ＊を設定して可変バルブタイミング機構５０とスロットルモータ１３６とを制御する図８のエンジン制御ルーチンを実行するエンジンＥＣＵ２４とトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２を制御するモータＥＣＵ４０とが「制御手段」に相当する。

ここで、「内燃機関」としては、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関に限定されるものではなく、水素エンジンなど如何なるタイプの内燃機関であっても構わない。また、「内燃機関」としては、アトキンソンサイクルエンジンに限定されるものではなく、一般のオートーサイクルエンジンなど如何なるタイプの内燃機関であっても構わない。「第１の電動機」としては、同期発電電動機として構成されたモータＭＧ１に限定されるものではなく、誘導電動機など、動力を入出力可能なものであれば如何なるタイプの発電機としても構わない。「３軸式動力入出力手段」としては、上述の動力分配統合機構３０に限定されるものではなく、ダブルピニオン式の遊星歯車機構を用いるものや複数の遊星歯車機構を組み合わせて４以上の軸に接続されるものやデファレンシャルギヤのように遊星歯車とは異なる作動作用を有するものなど、車軸に連結された駆動軸と内燃機関の出力軸と発電機の回転軸との３軸に接続され３軸のうちのいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力するものであれば如何なるものとしても構わない。「第２の電動機」としては、同期発電電動機として構成されたモータＭＧ２に限定されるものではなく、誘導電動機など、車軸に動力を入出力可能なものであれば如何なるタイプの電動機であっても構わない。「蓄電手段」としては、二次電池としてのバッテリ５０に限定されるものではなく、キャパシタなど、充放電可能であれば如何なるものとしても構わない。「制御手段」としては、ハイブリッド用電子制御ユニット７０とエンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０とからなる組み合わせに限定されるものではなく単一の電子制御ユニットにより構成されるなどとしてもよい。また、「制御手段」としては、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに要求される要求制動パワーＰｒ＊がバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎを超える余剰エネルギＰｅｘが値０以上のときには、余剰エネルギＰｅｘに基づいてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定し、設定した目標回転数Ｎｅ＊でエンジン２２がモータリングされるようモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定すると共に要求制動トルクＴｒ＊がリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定してモータＭＧ１，ＭＧ２を制御し、余剰エネルギＰｅｘが閾値Ｐｔｈ未満でＶＶＴ進角要求がなされていないときには目標バルブタイミングＶＶＴ＊に所定タイミングＶＶＴ１を設定すると共に非進角時用マップを用いて目標スロットル開度Ｔａ＊を設定し余剰エネルギＰｅｘが閾値Ｐｔｈ以上でＶＶＴ進角要求がなされているときには目標バルブタイミングＶＶＴ＊に所定タイミングＶＶＴ１よりも進角したタイミングＶＶＴ２を設定すると共に進角時用マップを用いて目標スロットル開度Ｔａ＊を設定して可変バルブタイミング機構５０とスロットルモータ１３６とを制御するものに限定されるものではなく、蓄電手段の充電が制限されている最中に発電を伴って第２の電動機を回生制御するときには、内燃機関の回転抵抗を増加する回転抵抗増加要求がなされていない場合には内燃機関がモータリングされるよう第１の電動機を駆動制御し、回転抵抗増加要求がなされている場合には回転抵抗増加要求がなされていない場合に比してバルブタイミングが進角されると共に吸気系の圧力が所定圧力を下回らない範囲内でスロットル開度が調節されるよう内燃機関を運転制御し内燃機関がモータリングされるよう第１の電動機を駆動制御するものであれば如何なるものとしても構わない。なお、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は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

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、車両の製造産業などに利用可能である。

２０，１２０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、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ギヤ機構、６２デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ駆動輪、６４ａ，６４ｂ車輪、７０ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ＣＰＵ、７４ＲＯＭ、７６ＲＡＭ、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、１２２エアクリーナ、１２４スロットルバルブ、１２６燃料噴射弁、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エアフローメータ、１４９温度センサ、１５０可変バルブタイミング機構、ＭＧ１，ＭＧ２モータ。

Claims

吸気バルブの開閉タイミングであるバルブタイミングの変更が可能な内燃機関と、
動力の入出力が可能な第１の電動機と、
前記内燃機関の出力軸と前記第１の電動機の回転軸と車軸に連結された駆動軸の３軸に接続され、該３軸のうちいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の１軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、
前記駆動軸に動力の入出力が可能な第２の電動機と、
前記第１の電動機および前記第２の電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、
前記蓄電手段の充電が制限されている最中に発電を伴って前記第２の電動機を回生制御するときには、前記内燃機関がモータリングされるよう前記第１の電動機を駆動制御する回生時制御手段と、
前記蓄電手段に入力できる最大電力としての入力制限を設定する入力制限設定手段と
を備え、
前記回生時制御手段は、
前記駆動軸に要求される要求制動パワーが前記設定された入力制限を超える余剰エネルギが所定エネルギ未満の場合には、前記内燃機関の回転数に対して第１の関係を用いて得られる第１のスロットル開度を目標スロットル開度に設定すると共に、第１のタイミングを目標バルブタイミングに設定して前記内燃機関を運転制御し、
前記余剰エネルギが前記所定エネルギ以上の場合には、吸気系の圧力が所定圧力を下回らないよう前記内燃機関の回転数に対して第１の関係よりもスロットル開度が大きくなる第２の関係を用いて得られる第２のスロットル開度を前記目標スロットル開度に設定すると共に、前記第１のスロットル開度を前記目標スロットル開度に設定し且つ前記第１のタイミングを前記目標バルブタイミングに設定して前記内燃機関を制御する場合に比して該内燃機関の回転抵抗が大きくなるよう前記第１のタイミングよりも進角された第２のタイミングを前記目標バルブタイミングに設定して前記内燃機関を運転制御する
ことを特徴とするハイブリッド自動車。
請求項１記載のハイブリッド自動車であって、
前記内燃機関は、前記吸気バルブの遅閉じにより圧縮比よりも膨張比が大きくなるよう構成されてなる
ハイブリッド自動車。