JP6423026B2 - ハイブリッド車 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の回転数、及びトルクを制御する制御装置を備えたハイブリッド車に関する。
発電機及びモータとして駆動する電動機及び内燃機関を備えたハイブリッド車では、所望の運転条件を満たすべく、回転数及びトルクで表されるマップの動作線上に内燃機関の駆動が制御される（例えば、特許文献１）。特許文献１のハイブリッド車では、排出ガス中の窒素酸化物の増加を抑制することを目的とし、窒素酸化物の還元剤の残量が低下したときには、燃料消費率が悪化する場合であっても排出ガス中の窒素酸化物の増加を抑制する運転条件（動作線）が選択され、選択された運転条件に従うように内燃機関の回転数及びトルクが変更される。
特開２００９−２１５８９８号公報
しかしながら、特許文献１のハイブリッド車では運転条件の変更によって、運転者の意図しない内燃機関の回転数及びトルクの変更が行われるという問題がある。
本発明は、以上の背景を鑑み、運転条件が変更されるときに回転数及びトルク変動の小さいハイブリッド車を提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、内燃機関（３）と、前記内燃機関に接続された電動機（２）と、回転数及びトルクによって規定される所定の運転条件で前記内燃機関を駆動させるべく前記電動機の負荷を制御する制御装置（７）とを有し、前記運転条件は前記内燃機関の温度である機関温度に依存して選択される第１運転条件（Ａ）、及び第２運転条件（Ｂ）を含み、前記第２運転条件は前記第１運転条件よりも前記機関温度が高いときに選択され、前記内燃機関の回転数及びトルクが前記第１運転条件及び前記第２運転条件を満たすときに、前記第１運転条件と前記第２運転条件との間の前記運転条件の切り替えを実行するハイブリッド車（１）が提供される。
この態様によれば、回転数及びトルクを変動させることなく運転条件が切り替えられる。
また、上記の態様において、前記機関温度を取得する機関温度検出手段（６０）を有し、前記機関温度に基づいて前記運転条件の切り替えを行うかを判定するとよい。
この態様によれば、機関温度検出手段によって機関温度が上昇したことを検知することができ、運転条件の切り替えを行うかを容易に判定することが可能となる。
また、上記の態様において、前記機関温度検出手段は、前記内燃機関のシリンダ内のガス温度を測定するセンサ（６１）、前記内燃機関の吸気温度を測定するセンサ（６２）、前記内燃機関の冷却水の温度を測定するセンサ（６３）、前記内燃機関の機関本体の温度を測定するセンサ（６５）、前記内燃機関の潤滑油の温度を測定するセンサ（６４）、前記内燃機関の周囲の温度を検知するセンサ、及び前記内燃機関の排気温度を検知するセンサの少なくとも１つを含むとよい。
この態様によれば、機関温度を適切に取得することができる。
また、上記の態様において、前記内燃機関が同一の仕事率で駆動している条件下において、前記第１運転条件は、前記第２運転条件よりも排気中の粒子状物質の量が少なくなるように前記内燃機関の回転数及びトルクの関係が設定され、前記制御装置は、前記内燃機関の回転数及びトルクが前記第１運転条件及び前記第２運転条件を満たし、かつ前記機関温度が所定の判定値以下のときに前記第１運転条件を選択するとよい。
この態様によれば、機関温度が判定値以下のときに第１運転条件を満たすように内燃機関を駆動させることで、排気中の粒子状物質の個数を少なくすることができる。
また、上記の態様において、前記内燃機関が駆動してからの時間に基づいて前記運転条件の切り替えを行うかを判定するとよい。
この態様によれば、内燃機関が駆動してからの時間に基づいて、機関温度が運転条件の切り替えを行うべき温度に到達したかを判定することができる。また、内燃機関の温度を検知するためのセンサを必要とせず、構成が簡素となる。
また、上記の態様において、前記内燃機関が同一の仕事率で駆動している条件下において、前記第１運転条件は、前記第２運転条件よりも排気中の粒子状物質の量が少なくなるように前記内燃機関の回転数及びトルクの関係が設定され、
前記制御装置は、前記内燃機関の回転数及びトルクが前記第１運転条件及び前記第２運転条件を満たし、かつ前記内燃機関が駆動してから所定の時間が経過するまでは、前記第１運転条件を選択するとよい。
この態様によれば、機関温度が判定値となるまでの間、第１運転条件を満たすように内燃機関を駆動させることで、排気中の粒子状物質の個数を少なくすることができる。
また、上記の態様において、前記第１運転条件は、前記第２運転条件と相違する範囲において、前記内燃機関の回転数が同じ値の場合には前記第２運転条件よりも前記内燃機関のトルクが小さくなるように設定されているとよい。
この態様によれば、上述のように設定された第１運転条件を満たすように内燃機関を駆動させることで、排気中の粒子状物質の個数を少なくすることができる。
また、上記の態様において、前記内燃機関が同一の仕事率で駆動している条件下において、前記第２運転条件は、前記第１運転条件よりも燃料消費率が少なくなるように前記内燃機関の回転数及びトルクの関係が設定されているとよい。
この態様によれば、機関温度が判定値より高いときに燃料消費率が小さくなるため、ハイブリッド車の燃費が向上する。
また、上記の態様において、前記第１運転条件及び前記第２運転条件は、前記内燃機関のトルク、回転数、又は仕事率が所定の値以下の範囲で条件が同一になるとよい。
この態様によれば、減速時や走行開始時に運転条件の切り替えを行うことが可能となる。
以上の構成によれば、運転条件が変更されるときに回転数及びトルク変動の小さいハイブリッド車を提供することが可能となる。
本実施形態に係るハイブリッド車の構成概略図 本実施形態に係るハイブリッド車の制御系を示すブロック図 内燃機関の性能線図 本実施形態に係る運転条件選択処理のフローチャート 機関温度が温度判定値以下の内燃機関から排出される粒子状物質の個数の等高線図
以下に本発明による制御装置７の実施形態を、図１〜図５を参照して説明する。
図１に示されるように、本実施形態に係るハイブリッド車１は、エンジン２（内燃機関）、モータ３（電動機、ＭＯＴ）、発電機４（ＧＥＮ）、バッテリ６（ＢＡＴ）、及び、制御装置７を備えている。
エンジン２は、直列４気筒のＤＯＨＣエンジンであり、エンジン２の機関本体に相当するシリンダブロック１１、シリンダヘッド１２、及びクランクシャフト１３を有する。エンジン２はスロットル弁１５、吸気管１６等を含む吸気系１９と、排気管２６、排気浄化触媒２７等を含む排気系２９とを備えている。シリンダヘッド１２には、気筒毎に、一対の吸気バルブ３１、一対の排気バルブ３２、筒内噴射用の燃料噴射弁３３Ａ、点火プラグ３４、吸気バルブ３１及び排気バルブ３２の開弁特性を変化させる可変動弁機構３５等が設けられている。吸気管１６には、各気筒の吸気管１６に燃料を噴射する燃料噴射弁３３Ｂが設けられている。
エンジン２には、エンジン２の各所の温度を測定するための機関温度検出手段６０が備えられている。本実施形態では、機関温度検出手段６０としてエンジン２からラジエタ５１へ向かう冷却水路の出口近傍に設けられ、その冷却水の温度を検知する水温センサ６３が設けられている。
クランクシャフト１３はエンジン２の回転軸であり、発電機４の回転軸７５にギアを介して接続している。更に、モータ３の回転軸は駆動軸７７に接続している。
ハイブリッド車１には更に、乗員によるアクセルペダル８０の踏み込み量を取得するアクセル開度センサ８１が設けられている。
制御装置７は、図２に示されるように、機関温度検出手段６０、モータ３、発電機４、バッテリ６、燃料噴射弁３３Ａ、３３Ｂ、点火プラグ３４、及び可変動弁機構３５、アクセル開度センサ８１等に接続されている。制御装置７は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、ＣＰＵにおいて処理されるプログラム、及び演算結果等を記憶するメモリとを備える。
制御装置７は、機関温度検出手段６０によって取得される機関温度に基づいて、運転条件を選択する。運転条件は、エンジン２の回転数及びトルクの関係を設定する座標軸（マップ）上の線（以下、動作線という）として表される（例えば、図３のＡ、Ｂ）。更に、制御装置７は、運転者からのアクセル開度センサ８１や他のセンサからの出力に基づいて、エンジン２に要求される仕事率である要求出力を算出する。エンジン２が要求出力で駆動するとき、エンジン２の回転数及びトルクの関係は、マップ上でトルクと回転数の積が一定となる線として表される。そのため、動作線と要求出力に対応する線との交点（目標動作点）を求めることで、この２つの運転条件を同時に満たす目標回転数及び目標トルクを算出する。目標回転数、及び目標トルクは目標動作点の縦軸、及び横軸の値にそれぞれ対応している。
制御装置７のメモリには、図３に示されるマップ上の所定の動作線である第１動作線Ａ、及び第２動作線Ｂと、所定のトルク閾値Ｔｔｈが記憶されている。第１動作線Ａ、及び、第２動作線Ｂは、それぞれ所定の運転条件である第１運転条件、及び第２運転条件に対応している。
第２動作線Ｂは単位出力当たりの燃料の消費量として定義される燃料消費率が小さくなる動作線として規定される最適燃費率線となるように予め設定されている。したがって、内燃機関が同一の出力（仕事率）で駆動している条件下において、第２運転条件は、第１運転条件よりも燃料消費率が少なくなるように設定されている。また、図３に示されるように、トルクがトルク閾値Ｔｔｈ以下となる範囲では第１動作線Ａは第２動作線Ｂに重なっている。一方、それ以外の範囲では第１動作線Ａ及び第２動作線Ｂは相違し、内燃機関の回転数が同じという条件では、第１動作線Ａは第２動作線Ｂよりも内燃機関のトルクが小さい側に設定されている。また、図３には、エンジン２の駆動が安定する範囲と不安定となる範囲との境界線Ｘが示されている。境界線Ｘよりも高トルク側はエンジン２の駆動が安定し、第１動作線Ａ、及び第２動作線Ｂは共に、エンジン２の駆動が安定する範囲（
境界線Ｘより高トルク側）に設定されている。
次に、本発明による制御装置７を備えたハイブリッド車１の動作について説明する。ハイブリッド車１は、起動した直後は主にバッテリ６からの電力を用いてモータ３が駆動し駆動軸７７が回転するＥＶモードで走行する。ハイブリッド車１がＥＶモードで走行しているとき、エンジン２は停止している。
例えば、運転者からの加速要求があった時やバッテリ６の充電量が欠乏した時等、ハイブリッド車１の走行モードはＥＶモードからＨＶモードに切り替わる。
ＥＶモードからＨＶモードに切り替わったときには、制御装置７はエンジン２の運転条件として第１運転条件を選択し、エンジン２の要求出力を所定の十分小さな値に設定する。制御装置７は第１運転条件及び要求トルクに基づいて、目標回転数、及び目標トルクを算出し、エンジン２を駆動させる。但し、エンジン２の要求出力が十分小さく設定されているため、エンジン２の目標トルクはトルク閾値Ｔｔｈ以下となっている。したがって、エンジン２の目標回転数及び目標トルクは、第１運転条件及び第２運転条件を同時に満たす。
また、ＥＶモードからＨＶモードに切り替わったときに、クランクシャフト１３が発電機４の回転軸７５にギアを介して接続される。エンジン２において発生するトルクは全て発電機４へ伝えられ電気エネルギーに変換される。モータ３は発電機４によって変換された電気エネルギー、及びバッテリ６から供給される電気エネルギーを用いて駆動し、モータ３のトルクは駆動軸７７に伝えられる。
その後、ＨＶモードにおいて、制御装置７は、所定の時間毎に運転条件を選択し、要求出力を求める処理を行い、エンジン２の駆動を制御する。以下では、図４に示されるフローチャートに基づいて、運転条件の選択を行う処理（運転条件選択処理）について詳細を説明する。
運転条件選択処理では、まず、制御装置７は運転条件選択処理が開始される前に設定された目標トルクがトルク閾値Ｔｔｈ以下かを判定する（ステップＳＴ１）。トルク閾値Ｔｔｈ以下であるときにはステップＳＴ２を実行し、それ以外では運転条件を変更することなく運転条件選択処理を完了する。
ステップＳＴ２では、制御装置７は機関温度検出手段６０の出力に基づいて機関温度を検出し、機関温度が所定の判定値である温度判定値以下であるかを判定する。温度判定値以下であるときにはステップＳＴ３を実行する。温度判定値より大きいときにはステップＳＴ４を実行する。
制御装置７はステップＳＴ３において、エンジン２の温度運転条件として第１運転条件を選択する。換言すれば、エンジン２の動作線として第１動作線Ａが選択される。選択完了後、制御装置７は運転条件選択処理を終了する。
制御装置７はステップＳＴ４において、エンジン２の温度運転条件として第２運転条件を選択する。換言すれば、エンジン２の動作線として第２動作線Ｂが選択される。選択完了後、制御装置７は運転条件選択処理を終了する。
運転条件選択処理の後（又は同時に）、制御装置７は要求出力を設定する。設定後、制御装置７はマップ上の動作線と要求出力に対応する線との交点（目標動作点）を求める。求められた目標動作点に基づいて、制御装置７は発電機４の負荷（回転軸７５のトルク等）を制御することで、エンジン２の回転数、及びトルクをそれぞれ目標回転数、及び目標トルクとなるように制御され、エンジン２のトルク及び回転数で表される動作点は目標動作点の位置となる。
次に、本発明による制御装置７を備えたハイブリッド車１の効果について説明する。ＨＶモードに切り替わった直後は、エンジン２の要求出力は所定の十分小さな値に設定され、温度運転条件は第１運転条件が選択される。その後、制御装置７は機関温度が温度判定値よりも高く、且つエンジン２の目標トルクがトルク閾値Ｔｔｈ以下であると判定されたときに運転条件の切り替えが行われ、運転条件として第２運転条件が選択される。すなわち、エンジン２の動作線として第２動作線Ｂが選択される。
また、機関温度が温度判定値以下であり、且つエンジン２の目標トルクがトルク閾値Ｔｔｈ以下であると判定されたときに運転条件の切り替えが行われ、運転条件として第１運転条件が選択される。すなわち、エンジン２の動作線として第１動作線Ａが選択される。
このように、動作線の第１動作線Ａから第２動作線Ｂへ切り替えは、目標トルクがトルク閾値Ｔｔｈ以下であるときに行われる。図３に示されるように、第１動作線Ａと第２動作線Ｂとがトルク閾値Ｔｔｈ以下で重なっている（第１運転条件、及び第２運転条件が同時に満たされる）ため、切り替え時には、運転者の意図しない回転数やトルクの変更が行われない。
図５に示されるように、機関温度が温度判定値以下のエンジン２から排出される煤等を含む粒子状物質（ＰＮ）の数を、動作点が第１動作線Ａ上にある場合、及び第２動作線Ｂ上にある場合について、エンジン２が同一の出力（仕事率）で駆動している条件下で比較すると、第１動作線Ａ上にある方が少ない。一方で、機関温度が温度判定値より高いエンジン２から排出されるＰＮの量は、動作点が第１動作線Ａ上にある場合と、及び第２動作線Ｂ上にある場合とを比較すると大きな差がない。そのため、上述のように、機関温度が温度判定値以下のときに動作線を第１動作線（運転条件を第１運転条件）とし、機関温度が温度判定値より高いときに動作線を第２動作線Ｂ（運転条件を第２運転条件）に設定することによって、エンジン２から排出されるＰＮを少なくすることができる。
図３に示されるようにマップ上でトルク閾値Ｔｔｈ以下の範囲において、第１動作線Ａと第２動作線Ｂが重なるように設定されている。そのため、要求トルクの小さくすることのできるハイブリッド車１の速度が低下しているとき、又は停車しているときに運転条件の変更を行うことができ、運転条件の変更を行うタイミングを設定しやすい。
また、機関温度が温度判定値よりも高いときには第２運転条件（第２動作線Ｂ）が選択される。したがって、機関温度が温度判定値よりも高いときには燃料消費率が小さくなるため、ハイブリッド車１の燃費が向上する。
排気中の粒子状物質の個数はシリンダ内の温度に依存する。また、シリンダ周辺を通った後の冷却水の温度はシリンダ内の温度を反映しやすい。そのため、水温センサ６３を用いることによって、排気中の粒子状物質の個数を少なくするための機関温度を適切に、且つ容易に取得することができる。
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。
図３に示されるように、第１動作線Ａと第２動作線Ｂとは所定の回転数判定値Ｒｔｈ以下及び所定の出力判定値Ｐｔｈ以下で重なるように定義され、第１運転条件及び第２運転条件は、内燃機関の回転数及び出力（仕事率）がそれぞれの判定値以下で同一となっている。この場合は、ステップＳＴ１において、制御装置７はエンジン２の目標回転数が回転数判定値Ｒｔｈ、又は出力判定値Ｐｔｈ以下であるかを判定し、それぞれ判定値以下であるときにはステップＳＴ３を実行し、判定値より大きいときにはステップＳＴ４を実行するように構成してもよい。
第１動作線Ａと第２動作線Ｂとがマップ上の所定の点で交わる場合には、制御装置７はその交点（共有点Ｃ）の座標をテーブルとしてメモリに保存し、運転条件選択処理のステップＳＴ１において、運転条件選択処理の直前における動作点が、共有点Ｃにあるかを判定するようにしてもよい。共有点Ｃにあるときには、制御装置７はステップＳＴ２を実行し、共有点Ｃにないときには運転条件処理を完了するように構成すればよい。
但し、トルク、回転数、又は出力を判定値と比較する場合には共有点Ｃのテーブルを参照する場合に比べて、運転条件選択処理の直前における動作点が第１動作線Ａ及び第２動作線Ｂに共有されている点であるかを容易に判定することができる。
また、機関温度検出手段６０として、気筒内のガス温度を検知する筒内温度センサ６１、吸気管１６を通る吸気温度を検知する吸気温センサ６２、潤滑油の温度を検知する油温センサ６４、シリンダブロック１１の温度を検知するシリンダブロック温度センサ６５、内燃機関の外気（周囲）温度センサ６６、及び排気温度センサ６７のいずれかであってもよい。
また、筒内温度センサ６１、吸気温センサ６２、油温センサ６４、シリンダブロック温度センサ６５、内燃機関の外気（周囲）温度センサ６６、及び排気温度センサ６７のいずれかを用いた場合でも、同様に排気中の粒子状物質の個数を少なくするための機関温度を適切に、且つ容易に取得することができる。
また、制御装置７は走行モードをＥＶモードからＨＶモードに切り替えてからの時間、即ち、エンジン２を駆動させてからの時間（機関運転経過時間）を取得し、駆動させてから所定の時間（例えば、エンジン２の筒内温度が温度判定値以上となるまでの時間）が経過したかによってエンジン２の機関温度が温度判定値よりも高くなったかを判別してもよい。この場合、機関運転経過時間が所定の時間より長く、且つ、第１運転条件及び第２運転条件を同時に満たすときに、動作線が第１動作線Ａから第２動作線Ｂを切り替えられる。このように構成することによって、エンジン２の温度を検知するためのセンサを必要とせず、構成が簡素となる。
また、制御装置７は、機関運転経過時間からエンジン２の機関温度（例えば、筒内温度）を推定し、その機関温度が温度判定値より高いかを判定するように構成してもよい。この場合であっても、機関温度が温度判定値より高く、且つ第１運転条件及び第２運転条件を同時に満たすときに、動作線が第１動作線Ａから第２動作線Ｂを切り替えられる。
また、第１動作線Ａは第２動作線ＢよりもＰＮが少ない動作線として定義されていたが、第１動作線Ａは所望の他の動作線に設定することが可能である。例えば、第１動作線は、第２動作線に比べて、排気中の窒素酸化物の量や炭化水素の量が少なくなる動作線として定義されていてもよい。
１ ：ハイブリッド車
２ ：エンジン（内燃機関）
３ ：モータ（電動機）
７ ：制御装置
１１ ：シリンダブロック（機関本体）
６０ ：機関温度検出手段
６１ ：筒内温度センサ
６２ ：吸気温センサ
６３ ：水温センサ
６４ ：油温センサ
６５ ：シリンダブロック温度センサ
６６ ：外気（周囲）温度センサ
６７ ：排気温度センサ
Ａ ：第１動作線
Ｂ ：第２動作線

Claims (5)

  1. 内燃機関と、
    前記内燃機関に接続された電動機と、
    前記内燃機関を回転数及びトルクによって規定される所定の運転条件で駆動させるべく、前記電動機の負荷を制御する制御装置とを有し、
    前記運転条件は第１運転条件、及び、前記トルクがトルク閾値以下であるときに前記第１運転条件と同一となる第２運転条件を含み、
    前記制御装置は、
    前記運転条件が前記第１運転条件である場合において、前記内燃機関の温度である機関温度が所定の判定値を超え、且つ、前記トルクが前記トルク閾値以下であるときに、前記運転条件を前記第１運転条件から前記第２運転条件に切り替え、
    前記運転条件が前記第２運転条件である場合において、前記機関温度が前記判定値以下となり、且つ、前記トルクが前記トルク閾値以下であるときに、前記運転条件を前記第２運転条件から前記第１運転条件に切り替えることを特徴とするハイブリッド車。
  2. 前記機関温度を取得する機関温度検出手段を有し、
    前記機関温度検出手段は、前記内燃機関のシリンダ内のガス温度を検知するセンサ、前記内燃機関の吸気温度を検知するセンサ、前記内燃機関の冷却水の温度を検知するセンサ、前記内燃機関の機関本体の温度を検知するセンサ、前記内燃機関の潤滑油の温度を検知するセンサ、前記内燃機関の周囲の温度を検知するセンサ、及び前記内燃機関の排気温度を検知するセンサの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車。
  3. 前記内燃機関が同一の仕事率で駆動している条件下において、前記第１運転条件は、前記第２運転条件よりも排気中の粒子状物質の量が少なくなるように前記内燃機関の回転数及びトルクの関係が設定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のハイブリッド車。
  4. 前記第１運転条件は、前記第２運転条件と相違する範囲において、前記内燃機関の回転数が同じ値の場合には前記第２運転条件よりも前記内燃機関のトルクが小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド車。
  5. 前記内燃機関が同一の仕事率で駆動している条件下において、前記第２運転条件は、前記第１運転条件よりも燃料消費率が少なくなるように前記内燃機関の回転数及びトルクの関係が設定されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つの項に記載のハイブリッド車。
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