JPH10288063A - ハイブリッドエンジンのアイドリング制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ハイブリッドエンジンの燃費，排気浄化性能を
改善する。 【解決手段】内燃機関とモータ兼発電機の回転軸を直結
したハイブリッドエンジンにおいて、内燃機関の燃焼運
転中にアイドリング状態を検出すると、内燃機関への燃
料供給を停止すると同時にモータ兼発電機によるモータ
駆動に切り換え、回転速度を徐々に減少させて低めに設
定された目標回転速度となるように制御し、また、途中
でアイドルスイッチがオフとなったり、触媒温度が活性
温度以下になったような場合は、内燃機関におけるアイ
ドリング時の目標回転速度に近づけるように、モータ兼
発電機の回転速度を徐々に増大させ、目標回転速度に一
致したときに内燃機関による運転に切り換える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関とモータ
兼発電機を組み合わせたハイブリッドエンジンに関し、
特にアイドリング時の制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のハイブリッドエンジンとしては、
例えば図８に示すようなものがある。このものでは、内
燃機関50とトランスミッション51の回転軸間に、モータ
兼発電機52が介装され、内燃機関50とモータ兼発電機52
とは、図示しないクラッチを介して接続されている。モ
ータ兼発電機52は、バッテリ53からの直流電流を、イン
バータ54により変換した交流電流によってモータとして
駆動され（以下力行という) 、また、発電時は逆にイン
バータ54を介してバッテリ53に電力エネルギを蓄える
（以下、回生という) 。

【０００３】これらの制御は、内燃機関の回転速度及び
負荷を入力してコントローラ55により判断され、車両運
転時にモータ兼発電機52の力行／回生が行われる。内燃
機関50の発生トルクに対して、モータ兼発電機52の力行
時には、そのトルクが加えられ、回生時には、そのため
に必要なトルクが差し引かれてトランスミッション51へ
伝達される。

【０００４】減速時や低負荷時にモータ兼発電機52を発
電機として使用し、そのとき蓄えたエネルギを用いて高
負荷時に力行し、内燃機関50に対していわゆるトルクア
シストを行うことで、内燃機関50を最大負荷領域まで使
用することなく走行でき、特に、大型ディーゼル内燃機
関のＮＯｘや黒煙などの排気浄化性能改善と燃費改善と
を図っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のハイブリッドエンジンにおいては、内燃機関
の減速時及び低負荷時に発電機として使用し、高負荷時
にモータとして使用する制御方式となっていたため、特
に、内燃機関の熱効率の低い低負荷域では、モータ兼発
電機の回生のためにさらに熱効率が悪化し、また、熱効
率の高い高負荷域でも、内燃機関の負荷が減ることによ
り機関の熱効率が悪化するため、モータ兼発電機の力行
による効率がさほど上がらず、結果として、ある運転モ
ードにおける燃費の低減代が少なく、燃費を大幅に向上
することができないという問題点があった。

【０００６】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
なされたもので、内燃機関の熱効率が最も低いアイドリ
ング時に、適切な制御を行うことにより、燃費を改善で
きるしたハイブリッドエンジンを提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１に係
る発明は、図１に示すように、内燃機関とモータ兼発電
機を組み合わせたハイブリッドエンジンにおいて、アイ
ドリング時に内燃機関への燃料供給を停止し、モータ兼
発電機をモータとして内燃機関を回転駆動するアイドリ
ング制御手段を備えたことを特徴とする。

【０００８】ハイブリッドエンジンにおけるアイドリン
グの運転形態としては、３つの方式が考えられる。第１
は、モータ兼発電機を空転（慣性回転) させつつ内燃機
関をアイドリング運転する方式であるが、内燃機関の熱
効率はアイドリング時が最も低く、トータルの運転モー
ド、特にアイドリングを多く含む運転モードでは、燃費
が悪い上に排気浄化性能も悪化する。

【０００９】第２は、内燃機関のアイドリング運転によ
りモータ兼発電機を発電機として回生する方式である
が、元々悪い熱効率が負荷の増大により更に悪化し、こ
のような悪条件で回生された発電電力で高負荷時に内燃
機関のトルクアシストを行なっても、既述したように内
燃機関自体の熱効率が低下するため、さほど得になら
ず、結果として運転モードの燃費は改善されず、排気浄
化性能も前記同様悪化する。

【００１０】これに対し、前記本発明の第３の方式で
は、熱効率の最も低い内燃機関のアイドリング時に、燃
料供給を停止してモータ兼発電機によって内燃機関を駆
動するようにしたため、該アイドリング時における燃費
が０となり、高負荷時もモータ兼発電機によるトルクア
シストを少なくしても内燃機関を高い熱効率で運転でき
るので、運転モード全体としても燃費を大幅に改善で
き、しかも、アイドリング時の排気エミッションが０で
あるから、運転モード全体での排気浄化性能も大幅に改
善される。

【００１１】また、請求項２に係る発明は、前記アイド
リング制御手段は、前記アイドリング時におけるモータ
兼発電機の設定回転速度を、内燃機関の燃焼運転時にお
けるアイドリング回転速度より小さい値に設定し、該設
定回転速度一定に制御することを特徴とする。内燃機関
の燃焼運転によるアイドリングの場合は、爆発による回
転変動を伴うため、回転の安定度を確保するためにある
程度以上の回転速度が必要となるが、それに比較してモ
ータ兼発電機により内燃機関をアイドリング回転させる
場合は、爆発が無い分燃焼運転に比較して安定度が高
く、燃焼運転と同等の安定度を得るためのアイドリング
回転速度はそれだけ低回転で済むこととなる。したがっ
て、モータ兼発電機によるアイドリング時の設定回転速
度を内燃機関の燃焼運転時のアイドリング回転速度より
小さい値に設定することができ、その結果、モータ兼発
電機の消費電力を低減でき、燃費を大きく低減できる。

【００１２】また、請求項３に係る発明は、前記アイド
リング制御手段は、モータ兼発電機のみの駆動により回
転速度を徐々に減少させて設定回転速度に近づけるよう
に制御することを特徴とする。このようにすれば、回転
速度を滑らかに変化させて設定回転速度に制御すること
ができ、急激なトルク変動を回避できる。

【００１３】また、請求項４に係る発明は、前記アイド
リング制御手段は、内燃機関の排気通路に装着された排
気浄化用触媒の温度が触媒の活性状態を代表する設定値
より低いときは、前記モータ兼発電機のモータ駆動を禁
止し、内燃機関の燃焼運転によるアイドリングを行わせ
ることを特徴とする。

【００１４】触媒温度が活性状態に達していないとき
は、内燃機関の燃焼運転を行なって排気熱により触媒を
加熱して活性するまでモータ兼発電機の駆動を禁止し、
触媒温度が活性状態となってから、つまり内燃機関の燃
焼状態への切り換え直後から良好な排気浄化性能が得ら
れる条件が確保されてからモータ兼発電機の駆動を行な
うことで、運転全体を通して良好な排気浄化性能を得る
ことができる。

【００１５】また、請求項５に係る発明は、前記アイド
リング制御手段は、内燃機関の排気通路に装着された排
気浄化用触媒の温度が触媒の耐熱限界温度より高いとき
は、前記モータ兼発電機のアイドリング時の設定回転速
度を、前記触媒の温度が耐熱限界温度以下のときより高
い値に設定することを特徴とする。

【００１６】このようにすれば、触媒の温度が触媒の耐
熱限界温度より高いときは、前記モータ兼発電機のアイ
ドリング時の設定回転速度を高めることにより、燃料カ
ット状態の内燃機関から吸入され排出される空気量を増
大して触媒の空気による冷却量を増大し、速やかに耐熱
限界温度以下に低下させることができる。また、請求項
６に係る発明は、前記アイドリング制御手段は、前記内
燃機関によって駆動される補機の駆動負荷が所定値より
高いときには、モータ兼発電機の設定回転速度を、前記
補機の駆動負荷が所定値以下のときより高い値に設定す
ることを特徴とする。

【００１７】補機の駆動負荷が高いときは、モータ兼発
電機の回転速度を高くすることによりエンジン回転が安
定する。

【００１８】

【発明の実施の形態】図２は、本発明の第１の実施の形
態を示す。図において、内燃機関１は、吸気マニホール
ド２に取り付けられた燃料噴射弁３により燃料が供給さ
れ、吸気マニホールド２の上流部に取り付けられたスロ
ットル弁４により吸入空気流量を調整し、該吸入空気流
量をエアフロメータ10によって検出する。

【００１９】エンジンコントロールモジュール11は、ス
ロットル開度センサ５によって検出された前記スロット
ル弁４の開度θと、前記エアフロメータ10によって検出
された吸入空気流量Ｑとを基本として、各運転条件に見
合った燃料供給量を算出し、該算出された燃料供給量が
供給するように、前記燃料噴射弁３へ駆動パルス信号を
出力する。

【００２０】前記内燃機関１の排気マニホールド６下流
の排気通路には、排気浄化用触媒７が設けられ、該触媒
７によって排気中の汚染成分が浄化される。該触媒７に
は、触媒温度を検出する触媒温度センサ８が設けられ
る。前記内燃機関１と、トランスミッション21との間に
は、モータ兼発電機31が配設され、該モータ兼発電機31
の図示しないマグネットローターが、内燃機関１のクラ
ンク軸に固定され、また、前記トランスミッション21と
は、クラッチ22を介して接続されている。

【００２１】モータ兼発電機31への電力の供給、モータ
兼発電機31からの発電電力の蓄積は、インバータ32を介
してバッテリ33との間に行われ、モータ兼発電機31及び
インバータ32の作動状態（力行／回生) の制御を、モー
タコントロールモジュール34により行っている。該モー
タコントロールモジュール34には、エンジンコントロー
ルモジュール11を介して回転速度センサによって検出さ
れる内燃機関１の回転速度Ｎを含めた運転状態やバッテ
リ33の充放電状態の情報が入力されている。

【００２２】また、エアコンコンプレッサやパワーステ
アリング等の補機９がクラッチを介して内燃機関１によ
り駆動されるようになっている。次に、上記構成を有し
たハイブリッドエンジンのアイドリング制御を説明す
る。該エンジンのアイドリング時には、内燃機関１及び
モータ兼発電機31は、トランスミッション21とは、クラ
ッチ22で動力伝達が遮断されている。また、図示しない
アクセルペダルに連結されたスロットル弁４は、略全閉
に近い位置にある。以下、具体的なアイドリング時の制
御を、図３〜図５のフローチャートに従って説明する。

【００２３】ステップ１では、内燃機関１がアイドル時
の燃料カット中か否かをフラグの値等で判定し、該燃料
カット中でないと判断された場合は、ステップ２へ進
む。ステップ２でスロットルセンサ５に付属するアイド
ルスイッチがＯＮの状態であることが検出され、ステッ
プ３で回転速度センサによって検出された内燃機関１の
回転速度が所定値Ｎｏ以下であることが検出されると、
内燃機関１がアイドル状態であると判断してステップ４
へ進む。

【００２４】ステップ４では、前記触媒温度センサ８か
ら排気浄化用触媒７の温度を読み込み、ステップ５で該
触媒７の温度が、触媒７の活性状態を代表する設定温度
Ｔ１以上あるか否かを判定する。ステップ５で触媒７の
温度が設定温度Ｔ１以上あると判定された場合は、ステ
ップ６へ進み、今度は触媒７の温度が触媒７の耐熱限界
温度Ｔ２以下であるか否かを判定する。

【００２５】ステップ６で触媒７の温度が耐熱限界温度
Ｔ２以下であると判定された場合は、触媒７温度は適正
であり、この状態でいつでも内燃機関１による燃焼運転
への切り換えが可能である（切り換え直後から排気浄化
性能を確保でき、触媒の過熱も回避できる) ので、ステ
ップ７以降ではモータ兼発電機31による力行を行う。す
なわち、ステップ７以降でモータ兼発電機31の回転速度
を、前記内燃機関１の燃焼時のアイドリング回転速度Ｎ
ｅｉより小さく、かつ、エンジンの回転変動等で示され
る安定度が燃焼時と同等の値となるような回転速度Ｎ２
となるように制御する。前記燃料カット時のモータ兼発
電機31の力行（モータリング) による安定度と、内燃機
関１の燃焼運転（ファイアリング) による安定度を比較
すると、図６のようになり、爆発による変動のないモー
タリングによる方が低い回転速度で燃焼時と同等の安定
度を得られることがわかる。したがって、それだけモー
タ兼発電機31の消費電力を低減でき、結果として燃費を
大きく低減できる。

【００２６】前記制御を具体的に説明すると、ステップ
７で前記回転速度センサ12から内燃機関１のアイドリン
グ時の回転速度Ｎｅｉを読み込み、ステップ８でモータ
兼発電機31の目標回転速度Ｎｍｏを、前記ステップ７で
読み込んだ内燃機関１の回転速度Ｎｅｉに等しい値に設
定した後、ステップ９で内燃機関１の燃料供給を停止
し、ステップ12でタイマ１で時間計測される周期毎にス
テップ10で目標回転速度Ｎｍｏを所定量αずつ減少させ
ることにより、ステップ11で判定される該モータ兼発電
機31の回転速度Ｎｍを前記設定回転速度Ｎ２まで漸減さ
せる制御を行う。

【００２７】一方、ステップ６で触媒７の温度が耐久限
界温度Ｔ２より高いと判定されたときは、ステップ13〜
ステップ18において、モータ兼発電機31の回転速度Ｎｍ
を前記Ｎ２より高く設定された設定回転速度Ｎ４となる
ように、タイマ２で時間計測される周期毎に目標回転速
度Ｎｍｏを所定量βずつ減少させることにより、同様の
制御を行う。ここで、回転速度Ｎ４をＮ２より高くする
のは、燃料カット状態で内燃機関１から吸入されて排出
される空気量を増大して触媒７を冷却するためである。

【００２８】また、ステップ５で触媒７の温度が触媒の
活性状態を代表する設定温度Ｔ１より低いと判定された
ときには、モータ兼発電機31によるモータ駆動は行わ
ず、内燃機関１の燃焼運転によるアイドリング制御を行
う。すなわち、この場合は内燃機関１の排気熱によって
触媒７を加熱して活性を促進する。上記のようにして内
燃機関１の燃料供給を停止してエンジンがモータ駆動に
より設定回転速度Ｎ２又はＮ４に制御された後は、ステ
ップ19以降へ進む。

【００２９】そして、ステップ19でアイドルスイッチが
ＯＦＦと判定されたときは、アイドル状態ではないと判
断し、また、ステップ20で読み込んだ触媒７の温度をス
テップ21で判定して、前記活性温度を代表する設定温度
Ｔ１未満に低下したと判定された場合は、触媒７の温度
を活性温度以上に維持して内燃機関１による燃焼運転切
り換え後の排気浄化性能を確保するため、それぞれステ
ップ22以降でモータ兼発電機31のモータ駆動を停止し、
内燃機関１の燃焼運転に切り換える制御を行う。

【００３０】具体的には、ステップ22でモータ兼発電機
31の回転速度Ｎｍを読み込んだ後、ステップ23で内燃機
関１のアイドル時の目標回転速度Ｎｅｏを設定し、ステ
ップ24の判定でモータ兼発電機31の回転速度Ｎｍが前記
目標回転速度Ｎｅｏに増大するまで、ステップ25でモー
タ兼発電機31の目標回転速度Ｎｍｏをステップ26にてタ
イマ３で計測される周期毎に所定量γずつ増大する制御
を行い、目標回転速度Ｎｅｏに達したと判定されると、
ステップ27で内燃機関１の燃料供給停止を終了して燃料
供給を再開し、ステップ28でモータ兼発電機31の回転制
御を終了する。

【００３１】また、ステップ21で触媒７の温度が設定温
度Ｔ１以上と判定されたときはステップ29へ進んで触媒
７の温度が前記耐久限界温度Ｔ２以下であるか否かを判
定し、触媒７の温度が耐久限界温度Ｔ２以下と判定され
た場合は、触媒７の温度を必要以上に下げないようにす
るため、ステップ30でモータ兼発電機31の目標回転速度
Ｎｍを前記Ｎ４より低速のＮ２に設定する。

【００３２】次いで、ステップ31では補機負荷フラグの
値を読み込み、ステップ32で該フラグの値により、エン
ジンによってベルト等で駆動されるエアコンコンプレッ
サやパワステアリング等の負荷の大きな補機９が駆動さ
れて高負荷状態となっているか否かを判定し、高負荷状
態となっていないと判定された場合は、現在の目標回転
速度Ｎｍに維持する制御を継続するが、高負荷状態と判
定された場合は、ステップ33へ進んで該高負荷状態でも
安定したエンジン回転を得るために必要な回転速度Ｎ６
を算出し、該回転速度Ｎ６を第２の目標回転速度Ｎｍ２
として設定する。

【００３３】ステップ34では、前記第２目標回転速度Ｎ
ｍ２（＝Ｎ６) がそれまでの目標回転速度Ｎｍと比較し
て大きい場合には、ステップ35へ進んで前記第２目標回
転速度Ｎｍ２を目標回転速度Ｎｍとして設定しなおす。
ここで、ＮｍがＮ２に設定されている場合は、Ｎｍ２
（＝Ｎ６) ＞Ｎｍ（＝Ｎ２) となるが、触媒７の温度が
高く目標回転速度Ｎｍが大きめのＮ４に設定されている
場合に、該Ｎ４と前記高負荷に対応して算出されたＮ６
との大小が問題となる。

【００３４】ステップ36では、現在のモータ兼発電機の
回転速度Ｎｍを、前記目標回転速度Ｎｍｏと比較し、Ｎ
ｍ＜Ｎｍｏの場合（Ｎｍｏ＝Ｎ６＞Ｎ２, Ｎ４のような
場合) は、ステップ37でタイマ４で時間計測される周期
毎にステップ38で目標回転速度Ｎｍｏを所定量ｎずつ増
大させつつ、ステップ36に戻って該モータ兼発電機31の
回転速度Ｎｍを前記目標回転速度Ｎｍｏまで漸増させる
制御を行う。

【００３５】また、ステップ36でＮｍ＜Ｎｍｏと判定さ
れた場合（前記ステップ30でＮｍがＮ４からＮ２に切り
換えられたような場合) は、ステップ39でタイマ１で時
間計測される周期毎にステップ40で目標回転速度Ｎｍｏ
を所定量ｎずつ減少させつつ、ステップ36に戻って該モ
ータ兼発電機31の回転速度Ｎｍを前記目標回転速度Ｎｍ
ｏまで漸減させる制御を行う。前記設定回転速度Ｎ２ま
で漸減させる制御を行う。

【００３６】図７は、以上の本発明に係るハイブリッド
エンジンのアイドリング時の制御を示したものである。
以上のように、基本的には内燃機関の熱効率が最も低い
アイドリング時には内燃機関を燃料カット状態でモータ
兼発電機を力行することにより、燃費, 排気浄化性能共
に大幅に改善することができる。

【００３７】また、触媒の温度を検出しつつ、内燃機関
とモータ兼発電機との運転を切り換えて触媒温度を適正
に保持することにより、触媒の寿命を延ばしつつ、内燃
機関の運転への切り換え当初から良好な排気浄化性能を
確保することができる。さらに、目標回転速度が変化し
たときは、回転速度を徐々に変化させて最終的な目標回
転速度に収束するようにしたため、滑らかな運転性能を
確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成・機能を示すブロック図。

【図２】本発明の一実施の形態のシステム構成を示す
図。

【図３】同上実施の形態のアイドリング時のエンジン制
御の前段を示すフローチャート。

【図４】同じく後段を示すフローチャート。

【図５】同じく中段を示すフローチャート。

【図６】ハイブリッドエンジンのモータ消費電力とアイ
ドリング時のエンジン安定度の各運転状態における関係
を示す線図。

【図７】同上実施の形態のアイドリング時の運転切り換
え状態を示すタイムチャート。

【図８】従来のハイブリッドエンジンのシステム構成を
示す図。

【符号の説明】

１ 内燃機関 ３ 燃料噴射弁 ７ 排気浄化用触媒 ８ 触媒温度センサ ９ 補機 11 エンジンコントロールモジュール 31 モータ兼発電機 34 モータコントロールモジュール

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関とモータ兼発電機を組み合わせた
   ハイブリッドエンジンにおいて、 アイドリング時に内燃機関への燃料供給を停止し、モー
   タ兼発電機をモータとして内燃機関を回転駆動するアイ
   ドリング制御手段を備えたことを特徴とするハイブリッ
   ドエンジンのアイドリング制御装置。
2. 【請求項２】前記アイドリング制御手段は、前記アイド
   リング時におけるモータ兼発電機の設定回転速度を、内
   燃機関の燃焼運転時におけるアイドリング回転速度より
   小さい値に設定し、該設定回転速度一定に制御すること
   を特徴とする請求項１に記載のハイブリッドエンジンの
   アイドリング制御装置。
3. 【請求項３】前記アイドリング制御手段は、モータ兼発
   電機のみの駆動により回転速度を徐々に減少させて設定
   回転速度に近づけるように制御することを特徴とする請
   求項２に記載のハイブリッドエンジンのアイドリング制
   御装置。
4. 【請求項４】前記アイドリング制御手段は、内燃機関の
   排気通路に装着された排気浄化用触媒の温度が触媒の活
   性状態を代表する設定値より低いときは、前記モータ兼
   発電機のモータ駆動を禁止し、内燃機関の燃焼運転によ
   るアイドリングを行わせることを特徴とする請求項１〜
   請求項３のいずれか１つに記載のハイブリッドエンジン
   のアイドリング制御装置。
5. 【請求項５】前記アイドリング制御手段は、内燃機関の
   排気通路に装着された排気浄化用触媒の温度が触媒の耐
   熱限界温度より高いときは、前記モータ兼発電機のアイ
   ドリング時の設定回転速度を、前記触媒の温度が耐熱限
   界温度以下のときより高い値に設定することを特徴とす
   る請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のハイブリ
   ッドエンジンのアイドリング制御装置。
6. 【請求項６】前記アイドリング制御手段は、前記内燃機
   関によって駆動される補機の駆動負荷が所定値より高い
   ときには、モータ兼発電機の設定回転速度を、前記補機
   の駆動負荷が所定値以下のときより高い値に設定するこ
   とを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記
   載のハイブリッドエンジンのアイドリング制御装置。