JP2001248491A

JP2001248491A - ハイブリッド車両

Info

Publication number: JP2001248491A
Application number: JP2000060144A
Authority: JP
Inventors: Kenichiro Fukumaru; 健一郎福丸; Shigetaka Nagamatsu; 茂隆永松
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-03-06
Filing date: 2000-03-06
Publication date: 2001-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】過給機が作動し始めた時に、ドライバビリテ
ィが悪化しないように、電動機を制御することができる
ようにする。【解決手段】ターボ過給機２０のコンプレッサ２４と
エンジン１０との間に、エアフローメータ８０が設けら
れている。このエアフローメータ８０は、エンジン１０
に吸入される空気の流量を検出する。制御部１００は、
要求出力Ｐｙと、エンジン１０の吸入空気の流量Ｑ及び
回転数Ｎから、電動機３０のアシスト出力Ｐｍをマップ
などを用いて求める。制御部１００は、その算出した電
動機３０のアシスト出力Ｐｍが、電動機３０から実際に
出力されるように、インバータ５０を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、過給機を有する内
燃機関と、電動機と、を駆動力源として備えたハイブリ
ッド車両に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来において、過給機を有する内燃機関
と、電動機と、を駆動力源として備えたハイブリッド車
両としては、例えば、特開平１１−１４８３８８号公報
に記載のものが知られている。

【０００３】かかるハイブリッド車両では、エンジンの
回転軸にモータを取り付け、要求出力に対してエンジン
からの出力では足りない分を、モータからの出力でアシ
ストするようにしている。また、エンジンには、ターボ
過給機を取り付け、運転者がアクセルを踏み込んで、多
大な出力を要求した場合に、このターボ過給機によって
エンジンに吸入される空気の圧力を高め、エンジンから
の出力を増大させるようにしている。

【０００４】一般によく知られているように、ターボ過
給機を用いる場合、運転者がアクセルペダルを踏み込ん
で、多大な出力を要求しても、ターボ過給機はすぐには
働かず、ターボが効き始めるまでに、或る程度の時間的
な遅れ、即ち、ターボラグを生じる。

【０００５】そこで、このハイブリッド車両では、運転
者がアクセルペダルを踏み込んで、多大な出力を要求し
た際には、ターボが効き始めるまでの間、その要求出力
に対するエンジンの出力の不足分を、モータによってア
シストするようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のハイブリッド車両においては、エンジンの出力
を、エンジンにおけるスロットルバルブの開度（スロッ
トル開度）と、エンジンの回転数と、に基づいて求めて
いるため、次のような問題があった。

【０００７】即ち、ターボ過給機が作動しようとしてい
る場合に、ターボがいつからどのくらい効き始めるかが
不明であるので、スロットル開度に基づいてエンジンの
出力を求めたとしても、正確な出力を求めることは困難
であった。従って、そのようにして求めたエンジンの出
力を用いて、モータでアシストすべき出力を導き出し、
その出力が出るようにモータを制御すると、ターボ過給
機が作動し始めた時に、モータによってアシストする出
力が過剰であったり、逆に不足したりして、車両にショ
ックを与え、ドライバビリティが悪化するという問題が
あった。

【０００８】従って、本発明の目的は、上記した従来技
術の問題点を解決し、過給機が作動し始めた時に、ドラ
イバビリティが悪化しないように、電動機を制御するこ
とができるハイブリッド車両を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明
のハイブリッド車両は、過給機を有する内燃機関と、電
動機と、を駆動力源として備え、少なくとも、要求され
た出力に対して前記内燃機関からの出力では足りない分
を前記電動機からの出力によってアシストすることが可
能なハイブリッド車両であって、前記内燃機関に吸入さ
れる空気の流量を検出する流量検出手段を、前記過給機
の前段から該過給機を介して前記内燃機関に至る吸入経
路中の何れかに設け、前記内燃機関からの出力を、前記
流量検出手段による検出結果と前記内燃機関の回転数と
に基づいて求めることを要旨とする。

【００１０】このように、本発明のハイブリッド車両で
は、過給機の前段から過給機を介して内燃機関に至る吸
入経路中に、流量検出手段を設けている。この流量検出
手段は、内燃機関に吸入される空気の流量を検出する。
そして、内燃機関からの出力を流量検出手段による検出
結果と内燃機関の回転数とに基づいて求めている。

【００１１】従って、本発明のハイブリッド車両によれ
ば、流量検出手段によって、内燃機関に吸入される空気
の流量を直接検出しているので、ターボがいつからどの
くらい効き始めたかを容易に把握することができる。ま
た、その検出した流量に基づいて、内燃機関からの出力
を求めているので、過給機が作動しようとしている場合
でも、その過給機の作動に追随する内燃機関の出力を正
確に求めることができる。よって、そのようにして求め
た内燃機関の出力を用いて、電動機でアシストすべき出
力を導き出し、その出力が出るように電動機を制御すれ
ば、過給機が作動し始めた時でも、電動機によってアシ
ストする出力を適正に与えることができ、車両にショッ
クを与えることなく、ドライバビリティを良好に保つこ
とができる。

【００１２】本発明のハイブリッド車両において、前記
過給機はターボ過給機から成ると共に、前記電動機は、
少なくとも、ターボラグ発生時に、前記内燃機関からの
出力では足りない分をアシストすることが好ましい。

【００１３】ターボラグ発生時においては、要求される
出力に対して、内燃機関からの出力が不足するので、そ
の分を電動機によってアシストすることにより、要求さ
れた通りの出力を得ることができ、そのため、運転者に
ターボラグの発生を意識させることがない。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例に基づいて説明する。図１は本発明の一実施例として
のハイブリッド車両における動力系統を概略的に示すブ
ロック図である。

【００１５】本実施例のハイブリッド車両は、エンジン
１０と、電動機３０と、トランスミッション４０と、を
搭載している。エンジン１０はガソリンエンジンであっ
て、後述するターボ過給機２０が取り付けられている。
エンジン１０の出力軸には、電動機３０が取り付けられ
ており、その電動機３０の出力軸はトランスミッション
４０を介して車軸（図示せず）へとつながっている。

【００１６】電動機３０は、バッテリ６０からの電力を
用いてインバータ５０によって駆動されている。この電
動機３０は、要求された出力に対して、エンジン１０か
らの出力が足りないときに、その足りない分の出力をア
シストする。また、バッテリ６０の充電容量が減ってき
た場合には、必要に応じて、回生動作を行ない、エンジ
ン１０からの出力や車軸からの制動出力を電力に変換し
て、バッテリ６０に充電する。

【００１７】一方、エンジン１０は、空気と燃料との混
合気を吸入して、燃焼爆発させ、高温，高圧の排気ガス
を排出することにより、エンジン１０の出力軸を回転さ
せている。吸入される空気は、エアクリーナ７０で浄化
された後、後述するターボ過給機２０，エアフローメー
タ８０を介して、図示せざる気化器で燃料と混合され、
スロットルバルブ１５を介してエンジン１０の吸入ポー
トに吸入される。そして、排気ガスはエンジン１０の排
出ポートから排出された後、ターボ過給機２０を介して
マフラ（図示せず）に至り、大気中に放出される。な
お、スロットルバルブ１５は、アクセルペダル９８とリ
ンクによって連結されており、アクセルペダルの踏込
量、即ち、アクセル開度に応じて開閉され、混合気の通
過量を加減している。

【００１８】ターボ過給機２０は、タービン２２とコン
プレッサ２４とを備えている。タービン２２及びコンプ
レッサ２４はそれぞれ羽根車で構成されており、互い
に、シャフトを介して結合されている。タービン２２
は、エンジン１０から排出される高温，高圧の排気ガス
を取り入れ、その排気ガスによって高速で回転する。タ
ービン２２が回転すると、シャフトを介して反対側に付
いているコンプレッサ２４も回転する。この回転によ
り、コンプレッサ２４は、エアクリーナ７０を介して吸
入された空気を吸い込んで、圧縮し、エンジン１０に強
制的に送り込む。このとき、圧縮された空気の圧力は大
気圧の１．５倍前後になる。

【００１９】この結果、エンジン１０のシリンダ内に吸
入される混合気の量が増えるため、エンジン１０の出力
を上昇させることができる。

【００２０】エンジン１０の出力軸には、エンジン１０
の回転数を検出するための回転数センサ９０が設けられ
ている。また、アクセルペダル９８には、運転者による
アクセルペダルの踏込量、即ち、アクセル開度を検出す
るためのアクセルペダルセンサ９５が設けられている。

【００２１】また、本実施例においては、特徴的部分と
して、ターボ過給機２０のコンプレッサ２４とエンジン
１０との間に、エアフローメータ８０が設けられてい
る。このエアフローメータ８０は、エンジン１０に吸入
される空気の流量を検出する。エアフローメータには、
可動ベーン式、カルマン渦式、熱線式など種々のタイプ
があるが、本実施例では、エアフローメータ８０とし
て、比較的検出精度が高く、通気抵抗も小さくできるカ
ルマン渦式のエアフローメータを採用している。

【００２２】これらセンサ９０，９５や、エアフローメ
ータ８０からの検出出力は、それぞれ、制御部１００に
入力される。制御部１００は、入力された検出出力に基
づいてインバータ５０を制御し、それにより、電動機３
０の駆動を制御している。

【００２３】それでは、本実施例における制御部１００
の処理について、図２を用いて説明する。図２は図１に
おける制御部１００の処理手順を示すフローチャートで
ある。

【００２４】制御部１００は、まず、アクセルペダルセ
ンサ９５によって検出されたアクセル開度を入力し、そ
の値から、運転者によって要求される要求出力Ｐｙを算
出する（ステップＳ１０２）。アクセルペダル９８は運
転者が出力が足りないと感じたときに踏み込まれるもの
であり、従って、検出されるアクセル開度は、運転者の
欲している出力（即ち、要求出力）に対応するものだか
らである。

【００２５】次に、制御部１００は、回転数センサ９０
からエンジン１０の回転数Ｎの検出値を入力すると共に
（ステップＳ１０４）、エアフローメータ８０から吸入
空気の流量Ｑの検出値を入力する（ステップＳ１０
６）。そして、予め用意されているマップを用いて、そ
れらの値から、エンジン１０のトルクＴを求める（ステ
ップＳ１０８）。一般に、エンジン１０のトルクＴは、
エンジン１０のシリンダに１回当たりに吸入される空気
量ｑとエンジン１０の回転数Ｎとの関数として表すこと
ができる。なお、エンジン１０のシリンダに１回当たり
に吸入される空気量ｑは、エンジン１０に単位時間当た
りに吸入される空気の量、即ち、流量Ｑとエンジン１０
の回転数Ｎとの商Ｑ／Ｎとして表される。

【００２６】従って、エンジン１０のトルクＴは、式
（１）のごとく表すことができる。

【００２７】Ｔ＝ｆ_t（Ｑ／Ｎ，Ｎ） …（１）但し、ｆ_tは、Ｑ，Ｎについての所定の関数である。

【００２８】次に、制御部１００は、得られたエンジン
１０のトルクＴとエンジン１０の回転数Ｎから、式
（２）に従って、両者の積としてエンジン１０の出力Ｐ
ｅを算出する（ステップＳ１１０）。

【００２９】Ｐｅ＝Ｔ・Ｎ …（２）

【００３０】さらに、制御部１００は、ステップＳ１０
１で算出した要求出力Ｐｙと、ステップＳ１１０で算出
したエンジン１０の出力Ｐｅから、式（３）に従って、
電動機３０によってアシストすべき出力Ｐｍを算出する
（ステップＳ１１２）。

【００３１】Ｐｍ＝Ｐｙ−Ｐｅ …（３）

【００３２】そして、制御部１００は、その算出した電
動機３０のアシスト出力Ｐｍが、電動機３０から実際に
出力されるように、インバータ５０を制御する（ステッ
プＳ１１４）。これにより、電動機３０からは、算出し
たアシスト出力Ｐｍが出て、エンジン１０からの出力を
アシストする。

【００３３】以上、図２に示した制御部１００の処理
は、所定の時間間隔で繰り返される。

【００３４】なお、図２に示すフローチャートでは、説
明をわかりやすくするために、エンジン１０の吸入空気
の流量Ｑと回転数Ｎから、一旦、エンジン１０のＴを求
めるようにしたが、式（４）からも明らかなように、エ
ンジン１０の吸入空気の流量Ｑと回転数Ｎから、直接、
エンジン１０の出力Ｐｅをマップなどを用いて求めるよ
うにしても良い。

【００３５】Ｐｅ＝ｆ_t（Ｑ／Ｎ，Ｎ）・Ｎ＝ｆ_p（Ｑ，Ｎ） …（４）但し、ｆ_pは、Ｑ，Ｎについての所定の関数である。

【００３６】また、さらに、式（５）からも明らかなよ
うに、エンジン１０の出力Ｐｅを直接的には求めること
なく、要求出力Ｐｙと、エンジン１０の吸入空気の流量
Ｑ及び回転数Ｎから、電動機３０のアシスト出力Ｐｍを
マップなどを用いて求めるようにしても良い。

【００３７】Ｐｍ＝Ｐｙ−ｆ_p（Ｑ，Ｎ） …（５）

【００３８】それでは、次に、運転者がアクセルペダル
９８を思い切り踏み込んで、多大な出力を要求した場合
の動作について、図３を用いて具体的に説明する。図３
は図１における主な出力の時間変化を示すタイミングチ
ャートである。

【００３９】図３において、（ａ）は要求出力Ｐｙ及び
エンジン１０の実際の出力Ｐｅ’の時間変化を、（ｂ）
はエアフローメータ８０によって検出された吸入空気の
流量Ｑの時間変化を、（ｃ）は電動機３０の実際の出力
Ｐｍ’の時間変化を、それぞれ示している。

【００４０】本実施例のハイブリッド車両が走行してい
る際に、時刻ｔ０において、運転者がアクセルペダル９
８を思い切り踏み込んで、多大な出力を要求したとする
と、制御部１００は、前述したように、アクセルペダル
センサ９５からアクセル開度を入力し、そのときの要求
出力Ｐｙを算出する。すると、その要求出力Ｐｙは、図
３（ａ）に示すように、時刻ｔ０から急激に立ち上が
る。

【００４１】一方、アクセルペダル９８が踏み込まれた
ことにより、それに連結しているスロットルバルブ１５
が大きく開き、多量の混合気がエンジン１０に吸入され
る。これにより、エンジン１０内での爆発力が強まり、
エンジン１０の出力Ｐｅ’は、図３（ａ）に示すように
徐々に増加して、エンジン１０の回転数Ｎも速まり、車
両の速度が上がる。

【００４２】しかし、エンジン１０の回転数Ｎが上がっ
ても、ターボ過給機２０はすぐには作動しない。上述し
たように、ターボ過給機２０におけるタービン２２は、
排気ガスの勢いで回転されるものであるから、エンジン
１０内の爆発力が強まっても、まだ、排気ガスの勢いは
それほどでもない。しかも、タービン２２の回転数が徐
々に上がっても、コンプレッサ２４が圧力をかけて空気
をエンジン１０に送り込むのに十分な回転数になるまで
には、ある程度の時間がかかる。つまり、運転者がアク
セルペダル９８を踏み込んで（時刻ｔ０）から、エンジ
ン１０の回転数Ｎが上がり、実際にターボが効き始める
（時刻ｔ１）までに、時間的な遅れ、即ち、ターボラグ
が発生する。

【００４３】そこで、このターボラグに対処するため
に、要求出力Ｐｙに対して、エンジンの実際の出力Ｐ
ｅ’では足りない分（Ｐｙ−Ｐｅ’）、即ち、図３
（ａ）における領域Ａに相当する分の出力を、電動機３
０の出力でアシストするようにしている。そのために
は、エンジン１０の出力Ｐｅを求める必要があるが、従
来では、前述したとおり、スロットルバルブ１５の開度
（スロットル開度）と、エンジン１０の回転数Ｎとに基
づいて求めていた。しかし、スロットルバルブ１５が開
き、ターボ過給機２０が作動しようとしている場合に、
ターボがいつからどのくらい効き始めるかは不明である
ので、スロットル開度に基づいてエンジンの出力Ｐｅを
求めたとしても、正確な出力を求めることは困難であっ
た。

【００４４】これに対し、本実施例においては、上述し
たとおり、エアフローメータ８０によって、エンジン１
０に吸入される空気の流量Ｑを直接検出し、その流量Ｑ
とエンジン１０の回転数Ｎに基づき、前述の式（１），
（２）もしくは式（４）に従って、エンジン１０の出力
Ｐｅを求めている。

【００４５】スロットルバルブ１５が開き、ターボ過給
機２０が作動しようとしている場合に、ターボが効き始
めると、前述したとおり、ターボ過給機２０から空気が
圧縮されてエンジン１０に送り出される。このため、エ
ンジン１０に吸入される空気の流量Ｑは、図３（ｂ）に
示すように、ターボの効き具合に応じて徐々に増加する
ことになる。本実施例では、その流量Ｑをエアフローメ
ータ８０で直接検出しているので、ターボがいつからど
のくらい効き始めたかを容易に把握することができる。
そして、本実施例では、そのような流量Ｑに基づいて、
エンジン１０の出力Ｐｅを求めているので、より高精度
に出力を求めることができる。

【００４６】さらに、本実施例では、そのように高精度
に求められたエンジン１０の出力Ｐｅと、要求出力Ｐｙ
とを用いて、電動機３０でアシストすべき出力Ｐｍを求
め、そのように出力が出るように、電動機３０を制御し
ている。その結果、電動機３０の実際の出力Ｐｍ’は、
図３（ｃ）に示すように、時刻ｔ０から急激に立ち上が
った後、エンジン１０の出力の増加に伴って、徐々に減
少するようになる。

【００４７】従って、本実施例によれば、ターボ過給機
２０が作動し始めた時に、電動機３０によってアシスト
すべき出力Ｐｍが過剰であったり、不足したりすること
がなく、エンジン１０によって得られる出力と電動機３
０によって得られる出力との和である総出力を、要求出
力Ｐｙに適切に追従させることができ、車両をスムーズ
に加速させることができる。従って、ターボ作動時にお
けるドライバビリティを良好にすることが可能となる。

【００４８】なお、本発明は上記した実施例や実施形態
に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲に
おいて種々の態様にて実施することが可能である。

【００４９】上記した実施例においては、エアフローメ
ータ８０は、ターボ過給機２０のコンプレッサ２４と、
エンジン１０と、の間に配置するようにしたが、図１に
おいて、符号８０’で示すように、ターボ過給機２０の
コンプレッサ２４と、エアクリーナ７０と、の間に配置
するようにしても良い。また、可能であるなら、ターボ
過給機２０内に配置するようにしても良い。

【００５０】また、上記した実施例では、電動機３０を
エンジン１０とトランスミッション４０との間に配置し
たが、電動機３０とトランスミッション４０との間にエ
ンジン１０を配置するようにしても良い。また、電動機
３０はエンジン１０の出力軸にギヤなどを介して接続す
るようにしても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としてのハイブリッド車両に
おける動力系統を概略的に示すブロック図である。

【図２】図１における制御部１００の処理手順を示すフ
ローチャートである。

【図３】図１における主な出力の時間変化を示すタイミ
ングチャートである。

【符号の説明】

１０…エンジン１５…スロットルバルブ２０…ターボ過給機２２…タービン２４…コンプレッサ３０…電動機４０…トランスミッション５０…インバータ６０…バッテリ７０…エアクリーナ８０…エアフローメータ９０…回転数センサ９５…アクセルペダルセンサ９８…アクセルペダル１００…制御部Ａ…領域Ｎ…エンジン回転数Ｐｅ…エンジン出力Ｐｍ…アシスト出力Ｐｙ…要求出力Ｑ…流入空気の流量Ｔ…エンジントルクｔ０…時刻ｔ１…時刻

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3G084 AA00 BA00 DA05 DA15 EB12 EC01 EC04 FA07 FA10 FA32 FA33 3G093 BA14 CA05 CB06 DA01 DA06 DA09 EB00 FA07 FA10 5H115 PA01 PI16 PI29 PO17 PU01 PU25 QI04 SJ12 TE02 TE03 TE06 TO21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】過給機を有する内燃機関と、電動機と、
を駆動力源として備え、少なくとも、要求された出力に
対して前記内燃機関からの出力では足りない分を前記電
動機からの出力によってアシストすることが可能なハイ
ブリッド車両であって、前記内燃機関に吸入される空気の流量を検出する流量検
出手段を、前記過給機の前段から該過給機を介して前記
内燃機関に至る吸入経路中の何れかに設け、前記内燃機
関からの出力を、前記流量検出手段による検出結果と前
記内燃機関の回転数とに基づいて求めることを特徴とす
るハイブリッド車両。
【請求項２】請求項１に記載のハイブリッド車両にお
いて、前記過給機はターボ過給機から成ると共に、前記電動機は、少なくとも、ターボラグ発生時に、前記
内燃機関からの出力では足りない分をアシストすること
を特徴とするハイブリッド車両。