JP2004027943A - Hybrid type power output device, control process for the same and hybrid vehicle - Google Patents

Hybrid type power output device, control process for the same and hybrid vehicle Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize stable power performance and avoid a situation that assist power by a motor-generator device gets insufficient in switching of combustion modes in a hybrid vehicle provided with an engine capable of switching compression self-ignition combustion and spark-ignition combustion. <P>SOLUTION: The hybrid vehicle is provided with the combustion mode switching device switching spark-ignition combustion and compression self-ignition combustion in the engine and a control means controlling the same. The controlling means controls the combustion mode switching means to keep compression self-ignition combustion when predetermined conditions for keeping compression self ignition combustion including a first condition specified with combination of engine torque and speed are fulfilled. The controlling device controls to keep spark-ignition combustion when the predetermined conditions are not fulfilled. When charged amount of a battery is small, the above predetermined conditions is made severer. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンとモータジェネレータ装置とを組み合わせてなり、例えばハイブリッド車両等に好適に用いられるハイブリッド型の動力出力装置及びその制御方法の技術分野に属し、更に、このような動力出力装置が搭載されたハイブリッド車両の技術分野に属する。本発明は特に、このようなエンジンとして、火花点火燃焼及び圧縮自着火燃焼を切替可能な燃焼形態切替機能を有するものを用いるハイブリッド型の動力出力装置等の技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】
この種の動力出力装置は、例えば特開平9−47094号公報、特開2000−324615号公報等に開示されているように、要求される動作状態に応じて適宜、モータジェネレータ装置をエンジンの駆動力で回転されるジェネレータ(発電機)として利用して或いはモータジェネレータ装置に含まれる専用のジェネレータを利用して、バッテリに充電する。また、モータジェネレータ装置をバッテリから電源供給を受けて回転するモータ(電動機)として利用して或いはモータジェネレータ装置に含まれる専用のモータを利用して、駆動軸を単独で或いはエンジンと共に回転させる。これにより、エンジンを運転効率が高い状態で運転させ続けることができ、燃費や排気浄化性が向上するものとされている。
【0003】
そして、この種の動作出力装置は、パラレルハイブリッド方式とシリアルハイブリッド方式とに大別される。前者では、駆動軸をエンジンの出力の一部により回転させると共にモータジェネレータ装置の駆動力により回転させる。後者では、エンジン出力はモータジェネレータ装置による充電に専ら用いられ、駆動軸をモータジェネレータ装置の駆動力により回転させる。
【0004】
尚、本願明細書では、このようにパラレル又はシリアルハイブリッド方式の動力出力装置を構成しており、モータジェネレータを一又は複数含む若しくは、ジェネレータ及びモータを一又は複数ずつ含む重電機全体を、それらの接続配線等を含めて「モータジェネレータ装置」と呼ぶことにする。更に、本願明細書では、いずれの形式のハイブリッド型の場合にも、エンジンの出力をモータジェネレータ装置の駆動力で補うことを「アシストする」といい、この際のモータジェネレータ装置の駆動力を「アシスト力」と呼ぶ。
【0005】
他方で、例えば特開2000−265910号公報、特開平10−23606号公報等に開示されているように、ディーゼルエンジンの如き圧縮自着火燃焼或いは自己着火燃焼を行うガソリンエンジンとモータジェネレータとを組み合わせてなるハイブリッド車両も提案されている。
【0006】
更に、例えば特開2001−3800号公報等に開示されているように、火花点火燃焼を行う燃焼形態と圧縮自着火燃焼を行う燃焼形態とを切替可能な燃焼形態切替機能を有するエンジンが開発されている。このエンジンでは、その回転数及びトルクが特定範囲に入っている場合に、圧縮自着火燃焼が可能となり、よって、このような場合に、圧着圧縮自着火燃焼が行われるように切替制御が実行される。そして、この特開2001−3800号公報には、当該燃焼形態切替機能を有するエンジンのハイブリッド車両への応用についても提案されている。
【0007】
尚、本願明細書では、上記圧縮自着火燃焼を行うエンジン或いは上記燃焼形態切替機能を有するエンジンについて、エンジンの回転数とトルクとの相互関係を2次元座標上にプロットした特性図上において、このように圧縮自着火燃焼する領域を、「自着火燃焼可能領域」と呼ぶことにする。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特開2000−265910号公報等に開示された圧縮自着火燃焼を行うエンジンは、圧縮自着火燃焼領域が小さいため、実用化は困難である。更に、排気損失が低減される代わりに排気温度が低くなるので、排気側における触媒温度が低下する結果、排気ガス浄化性能が低下してしまう。従って、このような専ら圧縮自着火燃焼を行うガソリンエンジンをハイブリッド型の動力出力装置に組み込んでも、動力性能や排気ガス浄化性能等の各種性能に優れた装置を構築することは基本的に困難であるという問題点がある。
【0009】
更に、上述した特開2001−3800号公報等に開示された燃焼形態切替機能を有するエンジンのハイブリッド車両への応用については、技術的に見て以下の如き問題点が生じるものと考察される。
【0010】
即ち、先ず圧縮自着火燃焼は、基本的に高負荷燃焼が困難である。従って、パラレルハイブリッド方式であれシリアルハイブリッド方式であれ、バッテリにおける蓄電量が少ない時点で圧縮自着火燃焼に切り替えてしまうと、例えば、加速時など大きな駆動力が要求されているような環境では、モータジェネレータ装置によるアシスト力が不足する場合がある。即ち、加速要求に対する加速性能が悪化する。更に、駆動力を確保するために圧縮自着火燃焼から火花点火燃焼に移行するにしても、バッテリにおける蓄電量が少ない時点で当該移行を行うと、移行時における“トルク段差”或いは“駆動力段差”を吸収可能な程度のアシスト力をモータジェネレータ装置によって得ることも困難である。即ち、燃焼切替時に、アシスト力不足により、トルク段差が発生する場合があるという技術的問題点が有る。これは、動力性能、燃費性能、排気ガス浄化性能等の低下や、更に乗り心地の悪化、エンジンの故障・短命化に繋がる。
【0011】
特に、高負荷時には圧力が上がりすぎて、圧縮自着火燃焼における着火時期制御ができない。即ち、ピストンが上死点に至る前に圧縮自着火が開始してしまい、ピストンを押し戻す力が働いて、エンジン動作が適切に行われなくなる。従って、実際には、低負荷時にしか圧縮自着火燃焼を行えないという技術的問題点がある。
【0012】
加えて、圧縮自着火燃焼を継続していると、エンジン排気側における触媒温度が下がり、排気ガス浄化性能が低下してしまうという技術的問題点もある。
【0013】
本発明は上述した問題点に鑑みなされたものであり、エンジンにおける燃焼形態切替機能を有しつつ、安定した動力性能を有しており、その燃焼形態の切替えの際に、例えばモータジェネレータ装置によるアシスト力が不足する事態を効率的に回避可能なハイブリッド型の動力出力装置及びその制御方法、並びにそのような動力出力装置を具備してなるハイブリッド車両を提供することを課題とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明のハイブリッド型の動力出力装置は上記課題を解決するために、エンジンと、該エンジンの出力の少なくとも一部を用いて発電可能であると共に駆動軸を介して駆動力を出力可能なモータジェネレータ装置と、該モータジェネレータ装置により充電可能であると共に前記モータジェネレータ装置に電源供給可能な蓄電装置と、前記エンジンにおける火花点火燃焼及び圧縮自着火燃焼を切り替える燃焼形態切替手段と、前記エンジンのトルク及び回転数の組合せにより規定される第1条件を含む前記エンジンに前記圧縮自着火燃焼を行わせるための所定条件が満たされる場合に、前記エンジンに前記圧縮自着火燃焼を行わせ、前記所定条件が満たされない場合に、前記エンジンに前記火花点火燃焼を行わせるように、前記燃焼形態切替手段を制御すると共に、前記蓄電装置の蓄電量が所定の蓄電量閾値より小さい場合には大きい場合と比べて前記所定条件を厳しくする制御手段とを備える。
【0015】
本発明のハイブリッド型の動力出力装置によれば、例えばマイコン等からなる制御手段による制御下で、圧縮自着火燃焼を行わせるための所定条件が満たされる場合には、例えばエンジンの点火プラグ、並びにターボ過給装置及びEGR(Exhaust Gas Recirculation:排気再循環)装置などの筒内温度の調整機構、筒内圧力の調整機構等の燃焼形態切替手段によってエンジンに圧縮自着火燃焼を行わせる。より具体的には、点火プラグによる点火を停止し、筒内温度や筒内圧力を高めることにより、圧縮自着火燃焼を行わせる。他方、圧縮自着火燃焼を行わせるための所定条件が満たされない場合には、燃焼形態切替手段によってエンジンに火花点火燃焼を行わせる。より具体的には、筒内温度や筒内圧力を低めることで圧縮自着火燃焼を防止しつつ点火プラグによる点火を行う。ここで特に、制御手段による制御下で、蓄電装置の蓄電量が所定の蓄電量閾値より小さい場合には、これが大きい場合と比べて、圧縮自着火燃焼を行わせるための所定条件を厳しくする。具体的には例えば、蓄電量が所定の蓄電量閾値より小さい場合には、エンジンの回転数とトルクとの特性図上における所定条件に対応する条件領域を「自着火燃焼可能領域」よりも小さく設定し、この小さく設定された条件領域に入る回転数とトルクの組合せの場合にのみ圧縮自着火燃焼に行わせる或いは圧縮自着火燃焼に切り替えるようにする。尚、本発明に係る蓄電装置としては、例えばバッテリ、大容量コンデンサ等がある。
【0016】
以上によって、高負荷時にモータジェネレータ装置によるアシスト力が不足するような時点で、圧縮自着火燃焼に切り替えてしまう事態を回避でき、よって例えば加速要求に対する加速性能が悪化する事態を効率的に回避できる。特に、高負荷時にはエンジンにおける筒内圧力が上がりすぎて、圧縮自着火燃焼における着火時期制御ができない事態を回避できる。これにより、エンジン動作を適切に行える。更に、燃焼形態の切替えの際に、モータジェネレータ装置によるアシスト力が不足してトルク段差が発生する事態を効率的に回避できる。これらの結果、動力性能、燃費性能、排気ガス浄化性能等を向上させることが可能となり、更に乗り心地の向上、エンジンの長寿命化にも繋がる。
【0017】
本発明のハイブリッド型の動力出力装置の一態様では、前記蓄電量を監視する監視手段を更に備え、前記制御手段は、前記監視された蓄電量が前記蓄電量閾値より小さいか否かを判定し、その判定結果に応じて前記燃焼形態切替手段を制御する。
【0018】
この態様によれば、エンジン動作中、電圧センサ、蓄電量センサ、マイコン等の監視手段によって定期的に或いは不定期に蓄電装置の蓄電量を監視する。そして、制御手段は、この監視された蓄電量が蓄電量閾値より小さいか否かを定期的に或いは不定期に判定する。更に制御手段は、その判定結果に応じて燃焼形態切替手段を制御する。よって、モータジェネレータ装置によるアシスト力が不足するような時点で圧縮自着火燃焼に切り替えてしまう事態や、燃焼形態の切替えの際にアシスト力不足でトルク段差が発生する事態を効率的に回避できる。
【0019】
本発明のハイブリッド型の動力出力装置の他の態様では、前記制御手段は、前記回転数及び前記トルクに基づいて前記第1条件が満たされるか否かを判定し、前記第1条件が満たされないと判定した場合には、前記エンジンに前記火花点火燃焼を行わせるように前記燃焼形態切替手段を制御し、前記第1条件が満たされると判定した場合には、更に前記蓄電量が前記蓄電量閾値以上であり且つ前記エンジンの排気側における触媒温度が所定の温度閾値以上であることを第2条件としてこれが満たされる場合に、前記エンジンに前記圧縮自着火燃焼を行わせるように前記燃焼形態切替手段を制御する。
【0020】
この態様によれば、制御手段は先ず、回転数及び前記トルクに基づいて、第1条件が満たされるか否かを判定する。続いて、第1条件が満たされないと判定した場合には、制御手段による制御を受けて、燃焼形態切替手段は、エンジンに火花点火燃焼を行わせる。即ち、圧縮自着火燃焼は行わせない。他方、第1条件が満たされると判定した場合には更に、第1条件に加えて上述の所定条件を構成すると共に蓄電量及び触媒温度に関する第2条件が満たされる場合に、制御手段による制御を受けて、燃焼形態切替手段によりエンジンに圧縮自着火燃焼を行わせる。よって、触媒温度が低いために排気ガス浄化性能が低下した状態では、当該触媒温度を相対的に低下させやすい圧縮自着火燃焼を行わせることを避け且つ当該触媒温度を相対的に上昇させやすい火花点火燃焼を行わせることが可能となる。
【0021】
この態様では、前記触媒温度を検出又は推定する温度特定手段を更に備えており、前記制御手段は、前記第1条件が満たされると判定した場合には、前記蓄電量に加えて前記検出又は推定された触媒温度に基づいて前記第2条件が満たされるか否かを更に判定する用に構成してもよい。
【0022】
このように構成すれば、温度特定手段によって定期又は不定期に検出又は推定された触媒温度に基づいて、制御手段は第2条件が満たされるか否かの判定を行うので、当該判定を迅速且つ確実に行うことが可能となる。
【0023】
本発明の他のハイブリッド型の動力出力装置は上記課題を解決するために、エンジンと、該エンジンの出力の少なくとも一部を用いて発電可能であると共に駆動軸を介して駆動力を出力可能なモータジェネレータ装置と、該モータジェネレータ装置により充電可能であると共に前記モータジェネレータ装置に電源供給可能な蓄電装置と、前記エンジンにおける火花点火燃焼及び圧縮自着火燃焼を切り替える燃焼形態切替手段と、前記エンジンの排気側における触媒温度を検出又は推定する温度特定手段と、前記検出又は推定された触媒温度が所定の温度閾値より低い場合には、前記エンジンにおける前記圧縮自着火燃焼を禁止し、前記検出又は推定された触媒温度が前記温度閾値より高い場合には、前記エンジンにおける前記圧縮自着火燃焼を禁止しないように前記燃焼形態切替手段を制御すると共に、前記検出又は推定された触媒温度が前記温度閾値より低い場合には、前記エンジンに要求されている出力より大きい出力を出すように前記エンジンを制御する制御手段とを備える。
【0024】
本発明の他のハイブリッド型の動力出力装置によれば、その動作中には、例えば温度センサ、マイコン等の温度特定手段によって定期又は不定期に触媒温度が検出又は推定される。そして特に、このように検出又は推定された触媒温度が所定の温度閾値より低い場合には、例えばマイコン等からなる制御手段による制御を受けて、例えばエンジンの点火プラグ、筒内温度や筒内圧力の調整機構等の燃焼形態切替手段は、エンジンにおける圧縮自着火燃焼を禁止する。即ち、火花点火燃焼を行わせる。他方、このように検出又は推定された触媒温度が所定の温度閾値より低い場合には、制御手段による制御を受けて、燃焼形態切替手段は、エンジンにおける圧縮自着火燃焼を禁止しない。更に、このように検出又は推定された触媒温度が温度閾値より低い場合には、制御手段による制御受けて、エンジンは、要求されている出力より大きい出力を出す。これにより、排気ガス温度を上昇させ、早期に触媒温度を上昇させることができる。
【0025】
以上によって、圧縮自着火燃焼を行いつつ、これを長時間続けることによる触媒温度が低下してしまう事態、即ち、排気ガス浄化性能が低下する事態を効率的に回避できる。或いは、触媒温度が低い場合には、早期にこれを上昇させ、排気ガス浄化性能を早期に回復させることが可能となる。他方、触媒温度が高ければ、排気ガス浄化性能を維持しつつ、圧縮自着火燃焼を行うことによって排気損失を低減でき、燃費性能等を向上させられる。
【0026】
本発明のハイブリッド型の動力出力装置の他の態様では、前記モータジェネレータ装置は、複数のモータジェネレータを含み、該複数のモータジェネレータのうち少なくとも一つは、前記エンジンの出力の少なくとも一部を用いて発電して前記蓄電装置を充電し、前記複数のモータジェネレータのうち少なくとも一つは、前記蓄電装置により電源供給されて前記駆動力を出力する。
【0027】
この態様によれば、パラレルハイブリッド方式であってもシリアルハイブリッド方式であっても、本発明のハイブリッド型の動力出力装置は、エンジンにおける燃焼形態の切替えの際に、アシスト力が不足する事態を効率的に回避可能である。
【0028】
本発明のハイブリッド車両は上記課題を解決するために、上述した本発明の動力出力装置(但し、その各種態様を含む)と、該動力出力装置が搭載される車両本体と、該車両本体に取り付けられると共に前記駆動軸を介して出力される前記駆動力により駆動される車輪とを備える。
【0029】
本発明のハイブリッド車両によれば、上述した本発明の動力出力装置を備えるので、動力性能、燃費性能、排気ガス浄化性能等に優れる。更に乗り心地の向上、エンジンの長寿命化も図られている。
【0030】
本発明のハイブリッド型の動力出力装置の制御方法は上記課題を解決するために、エンジンと、該エンジンの出力の少なくとも一部を用いて発電可能であると共に駆動軸を介して駆動力を出力可能なモータジェネレータ装置と、該モータジェネレータ装置により充電可能であると共に前記モータジェネレータ装置に電源供給可能な蓄電装置と、前記エンジンにおける火花点火燃焼及び圧縮自着火燃焼を切り替える燃焼形態切替手段とを備えた動力出力装置を制御する制御方法であって、前記蓄電装置の蓄電量を監視する監視工程と、前記エンジンのトルク及び回転数の組合せにより規定される第1条件を含む前記エンジンに前記圧縮自着火燃焼を行わせるための所定条件が満たされる場合に、前記エンジンに前記圧縮自着火燃焼を行わせ、前記所定条件が満たされない場合に、前記エンジンに前記火花点火燃焼を行わせるように、前記燃焼形態切替手段を制御すると共に、前記監視された蓄電量が所定の蓄電量閾値より小さい場合には大きい場合と比べて前記所定条件を厳しくする制御工程とを備える。
【0031】
本発明のハイブリッド型の動力出力装置の制御方法によれば、エンジン動作中、電圧センサ、蓄電量センサ、マイコン等を用いての監視工程によって定期的に或いは不定期に蓄電装置の蓄電量を監視する。そして、例えばマイコン等を用いた制御工程により、圧縮自着火燃焼を行わせるための所定条件が満たされる場合には、燃焼形態切替手段によってエンジンに圧縮自着火燃焼を行わせる。他方、圧縮自着火燃焼を行わせるための所定条件が満たされない場合には、燃焼形態切替手段によってエンジンに火花点火燃焼を行わせる。ここで特に、制御工程により、蓄電装置の蓄電量が所定の蓄電量閾値より小さい場合には、これが大きい場合と比べて、圧縮自着火燃焼を行わせるための所定条件を厳しくする。
【0032】
以上によって、動力性能、燃費性能、排気ガス浄化性能等を向上させることが可能となり、更に乗り心地の向上、エンジンの長寿命化にも繋がる。
【0033】
本発明の他のハイブリッド型の動力出力装置の制御方法は上記課題を解決するために、エンジンと、該エンジンの出力の少なくとも一部を用いて発電可能であると共に駆動軸を介して駆動力を出力可能なモータジェネレータ装置と、該モータジェネレータ装置により充電可能であると共に前記モータジェネレータ装置に電源供給可能な蓄電装置と、前記エンジンにおける火花点火燃焼及び圧縮自着火燃焼を切り替える燃焼形態切替手段とを備えた動力出力装置を制御する制御方法であって、前記エンジンの排気側における触媒温度を検出又は推定する温度特定工程と、前記検出又は推定された触媒温度が所定の温度閾値より低い場合には、前記エンジンにおける前記圧縮自着火燃焼を禁止し、前記検出又は推定された触媒温度が前記温度閾値より高い場合には、前記エンジンにおける前記圧縮自着火燃焼を禁止しないように前記燃焼形態切替手段を制御する制御工程と、前記検出又は推定された触媒温度が前記温度閾値より低い場合には、前記エンジンに要求されている出力より大きい出力を出すように前記エンジンを制御する制御工程とを備える。
【0034】
本発明の他のハイブリッド型の動力出力装置の制御方法によれば、その動作中には、例えば温度センサ、マイコン等を用いた温度特定工程によって定期又は不定期に触媒温度が検出又は推定される。そして特に、このように検出又は推定された触媒温度が所定の温度閾値より低い場合には、例えばマイコン等を用いた制御工程により、燃焼形態切替手段は、エンジンにおける圧縮自着火燃焼を禁止する。即ち、火花点火燃焼を行わせる。他方、このように検出又は推定された触媒温度が所定の温度閾値より低い場合には、制御工程により、燃焼形態切替手段は、エンジンにおける圧縮自着火燃焼を禁止しない。更に、このように検出又は推定された触媒温度が温度閾値より低い場合には、制御工程により、エンジンは、要求されている出力より大きい出力を出す。これにより、排気ガス温度を上昇させ、早期に触媒温度を上昇させることができる。
【0035】
以上によって、排気ガス浄化性能が低下する事態を効率的に回避でき、排気ガス浄化性能を早期に回復させることが可能となる。
【0036】
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施の形態から明らかにされよう。
【0037】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態では、本発明に係るハイブリッド型の動力出力装置を、パラレルハイブリッド方式のハイブリッド車両に適用したものであり、更に、本発明に係る動力出力装置の制御方法は、当該ハイブリッド車両において実行されるものである。
【0038】
(ハイブリッド車両の基本構成及び動作)
先ず、本実施形態のハイブリッド車両の構成について図1を用いて説明する。ここに図1は、本実施形態のハイブリッド車両における動力系統のブロック図である。
【0039】
図1において、本実施形態のハイブリッド車両の動力系統は、エンジン150、モータジェネレータ装置の一例を構成するモータジェネレータMG1及びMG2、これらのモータジェネレータMG1及びMG2を夫々駆動する駆動回路191及び192、これらの駆動回路191及び192を制御する制御ユニット190、並びにエンジン150を制御するEFIECU(Electrical Fuel Injection Engine Control Unit)170を備えて構成されている。
【0040】
本実施形態では特に、エンジン150は、圧縮自着火燃焼及び火花点火燃焼を切替可能な燃焼形態切替機能を有するガソリンエンジンである。この燃焼形態の切替え動作に付いては後に詳述する。
【0041】
エンジン150は、クランクシャフト156を回転させる。エンジン150の運転は、EFIECU170により制御されている。EFIECU170は、内部にCPU、ROM、RAM等を有するワンチップ・マイクロコンピュータであり、CPUがROMに記録されたプログラムに従い、エンジン150の燃料噴射量や回転速度その他の制御を実行する。図示を省略したが、これらの制御を可能とするために、EFIECU170にはエンジン150の運転状態を示す種々のセンサが接続されている。
【0042】
モータジェネレータMG1及びMG2は、同期電動発電機として構成され、外周面に複数個の永久磁石を有するロータ132及び142と、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータ133及び143とを備える。ステータ133及び143は、ケース119に固定されている。モータジェネレータMG1及びMG2のステータ133及び143に巻回された三相コイルは、夫々駆動回路191及び192を介してバッテリ194に接続されている。
【0043】
駆動回路191及び192は、各相ごとにスイッチング素子としてのトランジスタを2つ1組で備えたトランジスタインバータである。駆動回路191及び192は夫々、制御ユニット190に接続されている。制御ユニット190からの制御信号によって駆動回路191及び192のトランジスタがスイッチングされると、バッテリ194とモータジェネレータMG1及びMG2との間に電流が流れる。
【0044】
モータジェネレータMG1及びMG2は夫々、バッテリ194からの電力の供給を受けて回転駆動するモータ(電動機)として動作することもできる(以下適宜、この運転状態を“力行”と呼ぶ)。或いは、ロータ132及び142が外力により回転している場合には三相コイルの両端に起電力を生じさせるジェネレータ(発電機)として機能してバッテリ194を充電することもできる(以下適宜、この運転状態を“回生”と呼ぶ)。
【0045】
エンジン150とモータジェネレータMG1及びMG2とは夫々、プラネタリギヤ120を介して機械的に結合されている。プラネタリギヤ120は、遊星歯車とも呼ばれ、以下に示す夫々のギヤに結合された3つの回転軸を有している。プラネタリギヤ120を構成するギヤは、中心で回転するサンギヤ121、サンギヤの周辺を自転しながら公転するプラネタリピニオンギヤ123、及びその外周で回転するリングギヤ122である。プラネタリピニオンギヤ123はプラネタリキャリア124に軸支されている。本実施形態のハイブリッド車両では、エンジン150のクランクシャフト156はダンパ130を介してプラネタリキャリア軸127に結合されている。ダンパ130はクランクシャフト156に生じる捻り振動を吸収するために設けられている。モータジェネレータMG1のロータ132は、サンギヤ軸125に結合されている。モータジェネレータMG2のロータ142は、リングギヤ軸126に結合されている。リングギヤ122の回転は、チェーンベルト129を介して駆動軸112、更に車輪116R及び116Lに伝達される。
【0046】
次に以上の如く構成された本実施形態のハイブリッド車両の動力系統における動作について説明する。
【0047】
先ず、プラネタリギヤ120の動作について図2及び図3を参照して説明する。
【0048】
プラネタリギヤ120は、上述した3つの回転軸のうち、2つの回転軸の回転数及びトルク(以下適宜、両者をまとめて“回転状態”と呼ぶ)が決定されると残余の回転軸の回転状態が決まるという性質を有している。各回転軸の回転状態の関係は、機構学上周知の計算式によって求めることができるが、共線図と呼ばれる図により幾何学的に求めることもできる。
【0049】
図2に共線図の一例を示す。縦軸が各回転軸の回転数を示している。横軸は、各ギヤのギヤ比を距離的な関係で示している。サンギヤ軸125(図中のS)とリングギヤ軸126(図中のR)を両端にとり、位置Sと位置Rの間を1:ρに内分する位置Cをプラネタリキャリア軸127の位置とする。ρはリングギヤ122の歯数に対するサンギヤ121の歯数の比である。こうして定義された位置S、C及びRに、夫々のギヤの回転軸の回転数Ns、Nc及びNrをプロットする。プラネタリギヤ120は、このようにプロットされた3点が必ず一直線に並ぶという性質を有している。この直線を動作共線と呼ぶ。動作共線は2点が決まれば一義的に決まる。従って、動作共線を用いることにより、3つの回転軸のうち2つの回転軸の回転数から残余の回転軸の回転数を求めることができる。
【0050】
また、プラネタリギヤ120では、各回転軸のトルクを動作共線に働く力に置き換えて示したとき、動作共線が剛体として釣り合いが保たれるという性質を有している。具体例として、プラネタリキャリア軸127に作用するトルクをTeとする。このとき、図2に示す通り、トルクTeに相当する大きさの力を位置Cで動作共線に鉛直下から上に作用させる。作用させる方向はトルクTeの方向に応じて定まる。また、リングギヤ軸126から出力されるトルクTrを位置Rにおいて動作共線に、鉛直上から下に作用させる。図中のTes,Terは剛体に作用する力の分配法則に基づいてトルクTeを等価な2つの力に分配したものである。「Tes=ρ/(1+ρ)×Te」「Ter=1/(1+ρ)×Te」なる関係がある。以上の力が作用した状態で、動作共線図が剛体として釣り合いがとれているという条件を考慮すれば、サンギヤ軸125に作用すべきトルクTm1と、リングギヤ軸に作用すべきトルクTm2とを求めることができる。トルクTm1はトルクTesに等しくなり、トルクTm2はトルクTrとトルクTerとの差分に等しくなる。
【0051】
プラネタリキャリア軸127に結合されたエンジン150が回転をしているとき、動作共線に関する上述の条件を満足する条件下で、サンギヤ121およびリングギヤ122は様々な回転状態で回転することができる。サンギヤ121が回転しているときは、その回転動力を利用してモータジェネレータMG1により発電することが可能である。リングギヤ122が回転しているときは、エンジン150から出力された動力を駆動軸112に伝達することが可能である。図1に示した構成を有するハイブリッド車両では、エンジン150から出力された動力を駆動軸に機械的に伝達される動力と、電力として回生される動力に分配し、さらに回生された電力を用いてモータジェネレータMG2を力行して動力のアシストを行なうことによって所望の動力を出力しながら走行することができる。こうした動作状態は、ハイブリッド車両の通常走行時に取り得る状態である。なお、全開加速時等の高負荷時には、バッテリ194からもモータジェネレータMG2に電力が供給され、駆動軸112に伝達する動力を増大している。
【0052】
また、上述のハイブリッド車両では、モータジェネレータMG1またはMG2の動力を駆動軸112から出力することができるため、これらのモータにより出力される動力のみを用いて走行することもできる。従って、車両が走行中であっても、エンジン150は停止していたり、いわゆるアイドル運転していたりすることがある。この動作状態は、発進時或いは低速走行時に取り得る状態である。
【0053】
更に、本実施形態のハイブリッド車両では、エンジン150から出力された動力を2経路に分配するのではなく、駆動軸112側だけに伝達させることもできる。これは、高速定常走行時に取り得る動作状態であり、モータジェネレータMG2は高速走行による慣性によって連れ回された状態となり、モータジェネレータMG2によるアシストなしにエンジン150から出力された動力のみの走行となる。
【0054】
図3は、この高速定常走行時の共線図を示している。図2に示す共線図ではサンギヤ軸125の回転数Nsは正であったが、エンジン150の回転数Neとリングギヤ軸126の回転数Nrとによって、図3に示す共線図のように負となる。このときには、モータジェネレータMG1では、回転の方向とトルクの作用する方向とが同じになるから、モータジェネレータMG1は電動機として動作し、トルクTm1と回転数Nsとの積で表わされる電気エネルギを消費する(逆転力行の状態)。一方、モータジェネレータMG2では、回転の方向とトルクの作用する方向とが逆になるから、モータジェネレータMG2は発電機として動作し、トルクTm2と回転数Nrとの積で表わされる電気エネルギをリングギヤ軸126から回生することになる。
【0055】
このように、本実施形態のハイブリッド車両は、プラネタリギヤ120の作用に基づいて種々の運転状態で走行することができる。
【0056】
続いて、制御ユニット190による制御動作について再び図1を参照して説明する。
【0057】
図1において、本実施形態の動力出力装置の運転全体は、制御ユニット190により制御されている。制御ユニット190は、EFIECU170と同様、内部にCPU、ROM、RAM等を有するワンチップ・マイクロコンピュータである。制御ユニット190はEFIECU170と接続されており、両者は種々の情報を伝達し合うことが可能である。制御ユニット190は、エンジン150の制御に必要となるトルク指令値や回転数の指令値などの情報をEFIECU170に送信することにより、エンジン150の運転を間接的に制御可能に構成されている。制御ユニット190はこうして、動力出力装置全体の運転を制御しているのである。かかる制御を実現するために制御ユニット190には、種々のセンサ、例えば、駆動軸112の回転数を知るためのセンサ144などが設けられている。リングギヤ軸126と駆動軸112とは機械的に結合されているため、本実施形態では、駆動軸112の回転数を知るためのセンサ144をリングギヤ軸126に設け、モータジェネレータMG2の回転を制御するためのセンサと共通にしている。
【0058】
(ハイブリッド車両の動力系統における電気回路)
次に図4を参照して、本実施形態のハイブリッド車両の動力系統に備えられる電気回路について更に詳細に説明する。即ちここでは、図1に示した制御ユニット190、モータジェネレータMG1及びMG2、駆動回路191及び192、並びにバッテリ194の詳細について述べる。
【0059】
図4に示すように、バッテリ194に対して、インバータコンデンサ196と、モータジェネレータMG1に接続される駆動回路191と、モータジェネレータMG2に接続される駆動回路192とが夫々並列に接続されている。
【0060】
バッテリ194は、詳細には、電池モジュール部194aと、SMR(システムメインリレー)194bと、電圧検出回路194cと、電流センサ194d等を備える。SMR194bは、制御ユニット190からの指令により高電圧回路の電源の接続・遮断を行なうもので、電池モジュール部194aの+−両極に配置された2個のリレーR1及びR2から構成される。バッテリ194に2個のリレーR1及びR2を設けたのは、電源の接続時には、まずリレーR2をオンし、続いてリレーR1をオンし、電源の遮断時には、まずリレーR1をオフし、続いてリレーR2をオフすることにより、確実な作動を行なうことを可能とするためである。電圧検出回路194cは、電池モジュール部194aの総電圧値を検出する。電流センサ194dは、電池モジュール部194aからの出力電流値を検出する。電圧検出回路194c及び電流センサ194dの出力信号は、制御ユニット190に送信される。
【0061】
駆動回路191及び192は、バッテリの高電圧直流電流とモータジェネレータMG1及びMG2用の交流電流の変換を行なう電力変換装置であり、詳細には、6個のパワートランジスタで構成される3相ブリッジ回路191a及び192aを夫々備えており、この3相ブリッジ回路191a及び192aにより直流電流と3相交流電流との変換を行なっている。
【0062】
駆動回路191及び192には、電圧検出回路191b及び192bが夫々設けられている。電圧検出回路191b及び192bは、モータジェネレータMG1及びMG2の逆起電圧を夫々検出する。3相ブリッジ回路191a及び192aの各パワートランジスタの駆動は、制御ユニット190により制御されると共に、駆動回路191及び192から制御ユニット190に対し、電圧検出回路191b及び192bにて検出された電圧値や、3相ブリッジ回路191a及び192aとモータジェネレータMG1及びMG2との間に設けられた図示しない電流センサにて検出された電流値など電流制御に必要な情報を送信している。
【0063】
(直噴式ガソリンエンジン)
次に図5を参照して、本実施形態のハイブリッド車両に備えられる直噴式エンジンについて更に詳細に説明する。即ちここでは、図1に示すエンジン150の詳細に付いて述べる。
【0064】
図5に示すように、エンジン150は、燃料室内に燃料を直接噴射する、いわゆる直噴式ガソリンエンジンである。エンジン150は、EFIECU170により制御される。エンジン150は、シリンダブロック14を備えている。シリンダブロック14の内部には、シリンダ16が形成されている。なお、エンジン150は、複数のシリンダを備えているが、説明の便宜上、図5には複数のシリンダのうち1つのシリンダ16を示している。
【0065】
シリンダ16の内部にはピストン18が配設されている。ピストン18は、シリンダ16の内部を、図5における上下方向に摺動することができる。シリンダ16の内部において、ピストン18の上方には燃焼室20が形成されている。燃焼室20には、燃料噴射弁22の噴射口が露出している。エンジン150の運転中、燃料噴射弁22には燃料ポンプ24から燃料が圧送される。燃料噴射弁22及び燃料ポンプ24は、EFIECU170に接続されている。燃料ポンプ24は、EFIECU170から供給される制御信号に応じて燃料噴射弁22側へ燃料を圧送する。また、燃料噴射弁22は、EFIECU170から供給される制御信号に応じて燃焼室20内へ燃料を噴射する。
【0066】
また、燃焼室20には、点火プラグ26の先端が露出している。点火プラグ26は、EFIECU170から点火信号を供給されることにより、燃焼室20内の燃料に点火する。燃焼室20には、排気弁28を介して排気管30が連通している。燃焼室20には、また、吸気弁32を介して吸気マニホールド34の各枝管が連通している。吸気マニホールド34は、その上流側においてサージタンク36に連通している。サージタンク36の更に上流側には吸気管38が連通している。
【0067】
吸気管38には、スロットル弁40が配設されている。スロットル弁40は、スロットルモータ42に連結されている。そして、スロットルモータ42は、EFIECU170に接続されている。スロットルモータ42は、EFIECU170から供給される制御信号に応じてスロットル弁40の開度を変化させる。スロットル弁40の近傍には、スロットル開度センサ44が配設されている。スロットル開度センサ44は、スロットル弁40の開度(以下適宜、スロットル開度SCと称す)に応じた電気信号をEFIECU170に向けて出力する。EFIECU170は、スロットル開度センサ44の出力信号に基づいてスロットル開度SCを検出する。
【0068】
EFIECU170には、また、イグニッションスイッチ76(以下、IGスイッチ76と称す)が接続されている。EFIECU170は、IGスイッチ76の出力信号に基づき、IGスイッチ76のオン/オフ状態を検出する。IGスイッチ76がオン状態からオフ状態とされると、燃料噴射弁22による燃料噴射、点火プラグ26による燃料の点火、及び、フューエルポンプ24による燃料の圧送が停止され、エンジン150の運転が停止される。
【0069】
アクセルペダル78の近傍には、アクセル開度センサ80が配設されている。アクセル開度センサ80は、アクセルペダル78の踏み込み量(以下適宜、アクセル開度ACと称す)に応じた電気信号をEFIECU170に向けて出力する。EFIECU170は、アクセル開度センサの出力信号に基づいてアクセル開度ACを検出する。
【0070】
本実施形態では、吸気管38には、ターボ過給装置39が設けられており、例えば排気管30側に設けられたタービンに連動するタービンにより、吸気管38内に圧縮空気をターボ過給するように構成されている。また、このようなターボ過給装置39は、ジェネレータモータMG1又はMG2によりアシストされるように構成してもよい。更に、ターボ過給装置39は、EFIECU170による制御を受けて、特定タイミングで筒内圧力を可変に高めるように構成してもよい。
【0071】
本実施形態では、排気管30には、三元触媒装置31が設けられており、これにより排気ガス浄化性能が高められている。尚、三元触媒装置31は、一定温度以上の高温でないと、その浄化性能が顕著に低下する。そこで、三元触媒装置31には、温度センサ31Tが取り付けられており、その触媒温度TCAが検出され、触媒温度情報としてEFIECU170に入力される。或いは、このような触媒温度TCAは、エンジン150におけるエンジン回転数等の他の検出情報に基づいて間接的に推定してもよい。このように検出又は推定された触媒温度TCAは、当該触媒温度TCAが一定温度以下に低下しないようにエンジン制御するのに用いられる。
【0072】
以上説明したように本実施形態に係るエンジン150では、点火プラグ26並びにターボ過給装置39、不図示のEGR装置等の筒内温度や筒内圧力の調整機構などから、燃焼形態切替手段の一例が構成されている。これにより、エンジン150は、EFIECU170による制御下で、圧縮自着火燃焼及び火花点火燃焼を切替え可能であるように、即ち燃焼形態切替機能を有するように構成されている。
【0073】
(燃焼形態の切替え制御)
次に、本発明に係る制御手段を構成する制御ユニット190及びEFIECU170による、エンジン150における火花点火燃焼及び圧縮自着火燃焼間で燃焼形態を切替える制御について、モータジェネレータMG1及びMG2における力行及び回生間で動作を適宜切替える制御と共に、図6から図8を参照して説明する。ここに、図6は、当該切替制御の一具体例における動作を示すフローチャートであり、図7は、自着火燃焼可能領域を示すエンジンにおける回転数Ne及びトルクTeの特性図である。図8は、当該切替制御の他の具体例における動作を示すフローチャートである。
【0074】
図6において先ず、初期状態として、ハイブリッド車両は動作中である。即ち、制御ユニット190及びEFIECU170による制御下で、現在の車速、アクセルの踏み込み量、充電容量SOC等に応じて、要求されるエンジンの回転数Ne及びトルクTe(エンジンパワー)が設定される。これらの回転数Ne及びトルクTeの値は、例えば、火花点火燃焼時には、図7に示した動作曲線C1上の値として選択される。尚、動作曲線C1とは、運転効率が良くなる回転数NeとトルクTeとの組合せをNe−Pe特性図上で結んだ曲線である。そして、このように設定された運転ポイントを示す情報等が、制御ユニット190から、EFIECU170に対して送信され、EFIECU170によってエンジン150の制御が行われ、エンジン150においては、その燃料噴射量或いはスロットルの開度等の動作状態が制御される。これと並行して、モータジェネレータMG1及びMG2においては、図2及び図3に示した如き共線図或いは所謂比例積分制御(PI制御)によって、それらの回転数が制御される。より具体的には、モータジェネレータMG1及びMG2の制御は例えば、設定された回転数Ne及びトルクTeに応じて各モータの三相コイルに印加する電圧が設定され、現時点での印加電圧との偏差に応じて、駆動回路191及び192のトランジスタのスイッチングが行われる。
【0075】
以上のような初期状態において、圧縮自着火燃焼及び火花点火燃焼間の切替ロジックが、例えば割り込み処理により定期的に或いは不定期に繰り返し開始される(ステップS10)。すると、エンジンに要求されている回転数Ne及びトルクTeに基づいて、これらが第1条件として自着火燃焼可能領域に入っているか否かが判定される(ステップS11)。具体的には、図7に示した要求中の回転数Ne及び要求中のトルクTeの特性図上において、これらの値の組(Ne,Te)が、自着火燃焼可能領域A1に入っているか否かが判定される。尚、図7に示したように、自着火燃焼可能領域A1は、一般に動作曲線C1の下方且つ左より、即ち低回転数側且つ低トルク側に位置している。
【0076】
続いて、ステップS11の判定の結果、自着火燃焼可能領域に入っていなければ、即ち、火花点火燃焼を選択すべきであれば(ステップS11:“火花点火燃焼選択”)、点火プラグに対して所定タイミングで電気的パルス信号を送って、エンジン150に火花点火燃焼を行わせる(ステップS12)。この際、エンジン150においては、その筒内圧力や筒内温度、その噴射燃料の空気混合比率、ターボ過給の度合い、EGRによる排気循環の度合い、吸気及び排気バルブの開閉タイミングなども、火花点火燃焼用に設定する。即ち、本実施形態では、このような点火プラグ等から、燃焼形態切替手段の一例が構成されている。その後、当該割り込み処理等により実行される切替動作が終了する。
【0077】
これに対し、ステップS11の判定の結果、自着火燃焼可能領域に入っていれば、即ち、圧縮自着火燃焼を選択すべきであれば(ステップS11:“自着火燃焼選択”)、更にバッテリ194の充電容量SOCが所定充電量S0より大きな値であるか否かが判定される(ステップS13)。
【0078】
ステップS13において、バッテリ194の充電容量SOCは例えば、蓄電量を監視する監視手段の一例としての、バッテリ194に内蔵される電流センサ194dの検出信号から求められる充電・放電の電流値の積算によって求められる。或いは、蓄電量を監視する監視手段の一例としての、バッテリ194の電解液の比重を測定することにより充電容量SOCを検出する構成としてもよいし、バッテリの端子間を瞬間的にショートさせて電流を流し内部抵抗を測ることにより充電容量SOCを検出する構成としてもよい。
【0079】
ステップS13において、所定蓄電量S0としては、例えば飽和充電時に対して45%など、10〜80%の範囲内の値が、予め設定される。その設定方法は、当該ハイブリッド車両の仕様、より具体的には要求される動力性能、燃費性能、排気ガス浄化性能、乗り心地の良さ、エンジン寿命等に総合的に鑑み、実験的、経験的、理論的、シミュレーション等により個別具体的に設定される性質のものである。そして、所定充電量S0が大きい程、ステップS13における条件は厳しくなり圧縮自着火燃焼を行う期間或いは機会が減少し、火花点火燃焼を行う期間或いは機会が増加する。これに対して、所定充電量S0が小さい程、ステップS13における条件は緩くなり、圧縮自着火燃焼を行う期間或いは機会が増加し、火花点火燃焼を行う期間或いは機会が減少する。
【0080】
更に、ステップS13では、触媒温度TCAが所定温度T0以上であることが満足されているか否かが判定される。触媒温度TCAは、前述の如く温度特定手段の一例としての三元触媒装置31に取り付けられた温度センサ31Tから検出してもよいし、他の回転数Ne、トルクTe等のパラメータに基づいて算出或いは推定してもよい。
【0081】
ステップS13において、所定温度T0としては、例えば摂氏数十度〜百数十度の範囲内の値が、予め設定される。その設定方法は、当該ハイブリッド車両の仕様、より具体的には要求される排気ガス浄化性能を中心として動力性能、燃費性能、乗り心地の良さ、エンジン寿命等に総合的に鑑み、実験的、経験的、理論的、シミュレーション等により個別具体的に設定される性質のものである。そして、所定温度T0が大きい程、ステップS13における条件は厳しくなり圧縮自着火燃焼を行う期間或いは機会が減少し、火花点火燃焼を行う期間或いは機会が増加する。これに対して、所定温度T0が小さい程、ステップS13における条件は緩くなり、圧縮自着火燃焼を行う期間或いは機会が増加し、火花点火燃焼を行う期間或いは機会が減少する。
【0082】
以上のように、ステップS13では、本発明に係る第2条件の一例として、充電容量SOCが所定蓄電量S0以上であり且つ触媒温度TCAが所定温度T0以上であることが満足されているか否かが判定される。
【0083】
ステップS13における判定の結果、上述の第2条件が満足されていなければ(ステップS13:NO)、ステップS12に分岐して、前述の如くエンジン150に火花点火燃焼を行わせる。
【0084】
これに対し、ステップS13における判定の結果、上述の第2条件が満足されていれば(ステップS13:Yes)、点火プラグに対して電気的パルス信号を送ることなく、エンジン150に圧縮自着火燃焼を行わせる(ステップS14)。この際、エンジン150においては、その筒内圧力や筒内温度、その噴射燃料の空気混合比率、ターボ過給の度合い、EGRによる排気循環の度合い、吸気及び排気バルブの開閉タイミングなども、圧縮自着火燃焼用に設定する。その後、当該割り込み処理等により実行される切替ロジックが終了する。
【0085】
以上説明したように、ステップS13において、蓄電容量SOCが所定蓄電量S0以上で有る場合にのみ、ステップS14における圧縮自着火燃焼が行われるので、当該圧縮自着火燃焼が行われる際には、十分な蓄電量のバッテリ194を用いて、モータジェネレータMG1及びMG2によりエンジン150のアシストを行って、必要な駆動力が得られる。
【0086】
尚、本実施形態では、ステップS10の切替ロジックが初期状態として「火花点火燃焼」中に開始された場合には、ステップS11の判定では、車両の加速が必要でないことを条件に加えて、圧縮自着火燃焼を選択するように(即ち、圧縮自着火燃焼に切替えるように)制御してもよい。また、ステップS10の切替ロジックが初期状態として「火花点火燃焼」中に開始された場合には、ステップS11の判定では、仮に燃焼形態を切替えたとするとトルク段差を吸収できないことを条件に加えて、火花点火燃焼を選択するように(即ち、火花点火燃焼を継続するように)制御してもよい。他方、ステップS10の切替ロジックが初期状態として「圧縮自着火燃焼」中に開始された場合には、ステップS11の判定では、車両の加速が必要でないことを条件に加えて、圧縮自着火燃焼を選択するように(即ち、圧縮自着火燃焼を継続するように)制御してもよい。
【0087】
次に図8を参照して、本実施形態における切替制御の他の具体例について説明を加える。尚、図8において、図6と同様のステップには同様のステップ番号を付し、それらの説明は適宜省略する。
【0088】
即ち図8において、ステップS10〜S13までの処理が、図6の場合と同様に行われる。
【0089】
続いて、ステップS13の判定の結果、第2条件たる充電容量SOCが所定蓄電量S0以上であり且つ触媒温度TCAが所定温度T0以上である第2条件が満足されていなければ(ステップS13:NO)、要求されているエンジンの回転数Ne及びトルクTeよりも大きな出力が得られるように、制御ユニット190及びEFIECU170による制御下で、エンジン出力を増大させる(ステップS21)。この結果、触媒温度TCAを迅速に上昇させることができる。よって、排気ガス浄化性能を迅速に回復させることができる。同時に、ジェネレータモータMG1及びMG2における回生動作によって、蓄電容量SOCを迅速に増大させることも可能となる。
【0090】
その後、ステップS12に分岐して、前述の如くエンジン150に火花点火燃焼を行わせる。
【0091】
これに対し、ステップS13における判定の結果、上述の第2条件が満足されていれば(ステップS13:Yes)、図6の場合と同様にステップS14が行われ、その後、当該割り込み処理等により実行される切替ロジックが終了する。
【0092】
(その他の変形形態)
本発明を適用するハイブリッド車両の構成としては、図1に示した構成の他、種々の構成が可能である。
【0093】
上述の実施形態では、図1に示したようにモータジェネレータMG2がリングギヤ軸126に結合されているが、モータジェネレータMG2が、エンジン150のクランクシャフト156に直結したプラネタリキャリア軸127に結合された構成をとることもできる。或いは、図1では、エンジン150から出力された動力の一部を駆動軸112に伝達するための動力調整装置としてプラネタリギヤ120等を用いた機械分配型動力調整装置を用いていたのに対し、動力調整装置として、対ロータ電動機等を用いた電気分配型動力調整装置を用いることも可能である。例えば、プラネタリギヤ120およびモータジェネレータMG1に代えて、クラッチモータCMを備えて構成してもよい。
【0094】
上述の実施形態では、モータジェネレータ装置が同期電動機からなるモータジェネレータを複数備えてなるが、その少なくとも一部に代えて又は加えて、誘導電動機、バーニアモータ、直流電動機、超伝導モータ、ステップモータ等を用いることも可能である。
【0095】
上述の実施形態では、エンジン150としてガソリンにより運転される直噴型のガソリンエンジンを用いていたが、その他に、伝統的なポート噴射型のガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、タービンエンジン、ジェットエンジン等の各種の内燃あるいは外燃機関を用いることができる。
【0096】
加えて、本発明の動力出力装置は、パラレルハイブリッド方式の車両ではなく、シリアルハイブリッド方式の車両にも適用可能である。更に、ハイブリッド車両用のみならず、その他の各種移動体や重電機器に対して、本発明のハイブリッド型の動力出力装置は適用可能である。
【0097】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴なうハイブリッド型の動力出力装置、その制御方法並びにそのような動力出力装置を備えたハイブリッド車両もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【0098】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、例えばハイブリッド車両等に好適に用いられるハイブリッド型の動力出力装置において、エンジンが燃焼形態切替機能を有しつつ、安定した動力性能を実現できる。更に、その燃焼形態の切替えの際に、モータジェネレータ装置によるアシスト力が不足する事態を効率的に回避可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態のハイブリッド車両における動力系統のブロック図である。
【図2】本実施形態に係るハイブリッド車両の基本的動作を説明するための共線図である。
【図3】本実施形態に係るハイブリッド車両が高速定常走行している場合の共線図である。
【図4】本実施形態に係るハイブリッド車両のバッテリ及びモータ駆動回路の構成を示す。
【図5】本実施形態に係るエンジンの構造の概略構成図である。
【図6】本実施形態に係る圧縮自着火燃焼及び火花点火燃焼の切替制御の一具体例における動作を示すフローチャートである。
【図7】本実施形態に係る自着火燃焼可能領域を示すエンジンにおける回転数Ne及びトルクTeの特性図である。
【図8】本実施形態に係る圧縮自着火燃焼及び火花点火燃焼の切替制御の他の具体例における動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
22 燃料噴射弁
24 燃料ポンプ
31 三元触媒装置
38 吸気管
39 ターボ過給装置
40 スロットル弁
44 スロットル開度センサ
76 イグニッションスイッチ
78 アクセルペダル
80 アクセル開度センサ
120 プラネタリギア
150 エンジン
170 EFIECU
190 制御ユニット(ECU)
194 バッテリ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention belongs to the technical field of a hybrid power output device and a control method thereof, which are preferably used for a hybrid vehicle or the like, in which an engine and a motor generator device are combined, and further, such a power output device is mounted. Belongs to the technical field of hybrid vehicles. The present invention particularly belongs to the technical field such as a hybrid type power output device using an engine having a combustion mode switching function capable of switching between spark ignition combustion and compression ignition combustion as such an engine.
[0002]
[Prior art]
This type of power output device is, as disclosed in, for example, JP-A-9-47094, JP-A-2000-324615, etc., to appropriately drive a motor generator device in accordance with a required operating state. The battery is charged by using it as a generator (generator) rotated by power or by using a dedicated generator included in the motor generator device. Further, the drive shaft is rotated alone or together with the engine by using the motor generator device as a motor (electric motor) that rotates by receiving power supply from a battery or by using a dedicated motor included in the motor generator device. Thereby, the engine can be continuously operated with a high operating efficiency, and the fuel efficiency and the exhaust gas purifying property are improved.
[0003]
This type of operation output device is roughly classified into a parallel hybrid system and a serial hybrid system. In the former, the drive shaft is rotated by a part of the output of the engine and rotated by the driving force of the motor generator device. In the latter, the engine output is used exclusively for charging by the motor generator device, and the drive shaft is rotated by the driving force of the motor generator device.
[0004]
In the specification of the present application, a parallel or serial hybrid power output device is configured as described above, and the entire heavy electric machine including one or more motor generators or one or more generators and motors is included therein. The term “motor generator device” including the connection wiring and the like will be used. Further, in the present specification, in any case of the hybrid type, supplementing the output of the engine with the driving force of the motor generator device is referred to as “assisting”, and the driving force of the motor generator device at this time is referred to as “assist”. Assistance ".
[0005]
On the other hand, as disclosed in, for example, JP-A-2000-265910 and JP-A-10-23606, a gasoline engine such as a diesel engine that performs compression self-ignition combustion or self-ignition combustion is combined with a motor generator. Hybrid vehicles have also been proposed.
[0006]
Further, as disclosed in, for example, JP-A-2001-3800, an engine having a combustion mode switching function capable of switching between a combustion mode in which spark ignition combustion is performed and a combustion mode in which compression ignition combustion is performed has been developed. ing. In this engine, when the rotation speed and the torque are within a specific range, compression ignition combustion is possible.Therefore, in such a case, the switching control is performed such that compression compression ignition combustion is performed. You. JP-A-2001-3800 also proposes an application of the engine having the combustion mode switching function to a hybrid vehicle.
[0007]
Note that, in the specification of the present application, regarding the engine that performs the compression ignition combustion or the engine that has the combustion mode switching function, the relationship between the engine speed and the torque is plotted on two-dimensional coordinates in a characteristic diagram. The region in which the compression ignition combustion is performed is referred to as a “self ignition combustion possible region”.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the engine that performs the compression ignition combustion disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-265910 or the like has a small compression ignition combustion region, and thus is difficult to put into practical use. Further, since the exhaust gas temperature is lowered instead of reducing the exhaust loss, the catalyst temperature on the exhaust side is reduced, and as a result, the exhaust gas purification performance is reduced. Therefore, even if such a gasoline engine that exclusively performs compression ignition combustion is incorporated in a hybrid type power output device, it is basically difficult to construct a device excellent in various performances such as power performance and exhaust gas purification performance. There is a problem that there is.
[0009]
Further, regarding the application of the engine having the combustion mode switching function disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-3800 to a hybrid vehicle, it is considered that the following problems occur technically.
[0010]
That is, first, compression ignition combustion basically has difficulty in high load combustion. Therefore, if switching to compression ignition combustion at a point in time when the amount of stored power in the battery is small, whether in a parallel hybrid system or a serial hybrid system, for example, in an environment where a large driving force is required such as acceleration, The assisting force of the generator device may be insufficient. That is, the acceleration performance for the acceleration request is deteriorated. Further, even if the mode shifts from the compression ignition combustion to the spark ignition combustion in order to secure the driving force, if the shift is performed at a time when the charged amount of the battery is small, the “torque step” or the “drive step It is also difficult to obtain an assist force by the motor generator device that can absorb "". That is, there is a technical problem that a torque step may occur due to insufficient assist force at the time of combustion switching. This leads to a reduction in power performance, fuel consumption performance, exhaust gas purification performance, etc., further deterioration in ride comfort, and failure and shorter life of the engine.
[0011]
In particular, when the load is high, the pressure becomes too high, so that the ignition timing control in the compression ignition combustion cannot be performed. That is, compression self-ignition starts before the piston reaches the top dead center, and a force that pushes back the piston acts to prevent the engine from operating properly. Therefore, in practice, there is a technical problem that the compression ignition combustion can be performed only at a low load.
[0012]
In addition, when the compression ignition combustion is continued, there is also a technical problem that the catalyst temperature on the engine exhaust side decreases and the exhaust gas purification performance decreases.
[0013]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and has a stable power performance while having a combustion mode switching function in an engine.When the combustion mode is switched, for example, a motor generator device is used. It is an object of the present invention to provide a hybrid-type power output device and a control method thereof that can efficiently avoid a situation in which assist power is insufficient, and a hybrid vehicle including such a power output device.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, a hybrid power output device of the present invention has an engine and a motor generator capable of generating power using at least a part of the output of the engine and capable of outputting driving force via a drive shaft. Device, a power storage device that can be charged by the motor generator device and can supply power to the motor generator device, combustion mode switching means for switching between spark ignition combustion and compression auto-ignition combustion in the engine, torque and torque of the engine, When a predetermined condition for causing the engine to perform the compression ignition combustion including the first condition defined by the combination of the rotation speeds is satisfied, the engine is caused to perform the compression ignition combustion, and the predetermined condition is satisfied. If not, the combustion mode switching means is caused to cause the engine to perform the spark ignition combustion. Controls the, and a control means for the power storage amount of the power storage device is strictly the predetermined condition as compared with the case is large is smaller than the predetermined storage amount threshold.
[0015]
According to the hybrid-type power output device of the present invention, for example, under the control of a control unit such as a microcomputer, if a predetermined condition for performing compression ignition combustion is satisfied, for example, an engine spark plug, and The engine performs compression auto-ignition combustion by means of a combustion mode switching means such as an in-cylinder temperature adjusting mechanism such as a turbocharger and an EGR (Exhaust Gas Recirculation) apparatus, and an in-cylinder pressure adjusting mechanism. More specifically, compression ignition combustion is performed by stopping ignition by the spark plug and increasing the in-cylinder temperature and the in-cylinder pressure. On the other hand, if the predetermined condition for performing the compression ignition combustion is not satisfied, the engine is caused to perform the spark ignition combustion by the combustion mode switching means. More specifically, ignition by a spark plug is performed while lowering the in-cylinder temperature and the in-cylinder pressure to prevent compression ignition combustion. Here, in particular, under the control of the control means, when the storage amount of the power storage device is smaller than the predetermined storage amount threshold, the predetermined condition for performing the compression self-ignition combustion is made stricter than when the storage amount is large. Specifically, for example, when the charged amount is smaller than a predetermined charged amount threshold, the condition area corresponding to the predetermined condition on the characteristic diagram of the engine speed and the torque is smaller than the “self-ignition combustible area”. The compression auto-ignition combustion is performed or switched to the compression auto-ignition combustion only in the case of the combination of the rotational speed and the torque which are set and within the condition area set to be small. Note that examples of the power storage device according to the present invention include a battery and a large-capacity capacitor.
[0016]
As described above, at the time when the assisting force of the motor generator device becomes insufficient at the time of high load, it is possible to avoid a situation in which the mode is switched to the compression ignition combustion. . In particular, it is possible to avoid a situation in which the in-cylinder pressure in the engine is too high at the time of a high load and the ignition timing control in the compression self-ignition combustion cannot be performed. Thereby, the engine operation can be appropriately performed. Furthermore, when switching the combustion mode, it is possible to efficiently avoid a situation in which the assist force of the motor generator device is insufficient and a torque step is generated. As a result, power performance, fuel consumption performance, exhaust gas purification performance, and the like can be improved, and further, riding comfort is improved and the engine life is extended.
[0017]
In one aspect of the hybrid power output device of the present invention, the power output device further includes monitoring means for monitoring the charged amount, and the control means determines whether the monitored charged amount is smaller than the charged amount threshold. The combustion mode switching means is controlled according to the determination result.
[0018]
According to this aspect, during the operation of the engine, the power storage amount of the power storage device is monitored regularly or irregularly by monitoring means such as a voltage sensor, a power storage amount sensor, and a microcomputer. Then, the control means periodically or irregularly determines whether or not the monitored storage amount is smaller than the storage amount threshold. Further, the control means controls the combustion mode switching means according to the determination result. Therefore, it is possible to efficiently avoid a situation in which the mode is switched to the compression ignition combustion when the assisting force of the motor generator device becomes insufficient, and a situation in which a torque step occurs due to an insufficient assisting force when switching the combustion mode.
[0019]
In another aspect of the hybrid-type power output device of the present invention, the control unit determines whether the first condition is satisfied based on the rotation speed and the torque, and the first condition is not satisfied. If the determination is made, the combustion mode switching means is controlled to cause the engine to perform the spark ignition combustion, and if it is determined that the first condition is satisfied, the storage amount is further reduced to the storage amount. The combustion mode switching is performed so as to cause the engine to perform the compression ignition combustion when the second condition is satisfied that the catalyst temperature on the exhaust side of the engine is equal to or higher than a threshold and equal to or higher than a predetermined temperature threshold. Control means.
[0020]
According to this aspect, the control unit first determines whether the first condition is satisfied based on the rotation speed and the torque. Subsequently, when it is determined that the first condition is not satisfied, the control of the control means causes the combustion mode switching means to cause the engine to perform spark ignition combustion. That is, compression self-ignition combustion is not performed. On the other hand, when it is determined that the first condition is satisfied, the above-described predetermined condition is configured in addition to the first condition, and when the second condition relating to the charged amount and the catalyst temperature is satisfied, the control by the control unit is performed. In response, the combustion mode switching means causes the engine to perform compression ignition combustion. Therefore, in a state where the exhaust gas purification performance is reduced due to the low catalyst temperature, it is possible to avoid performing the compression ignition combustion that easily reduces the catalyst temperature, and to easily increase the catalyst temperature relatively easily. It is possible to cause ignition combustion.
[0021]
In this aspect, the fuel cell system further includes a temperature specifying unit that detects or estimates the catalyst temperature, and when the control unit determines that the first condition is satisfied, the control unit determines the detection or estimation in addition to the charged amount. It may be configured to further determine whether the second condition is satisfied based on the performed catalyst temperature.
[0022]
With this configuration, the control unit determines whether or not the second condition is satisfied based on the catalyst temperature detected or estimated at regular or irregular intervals by the temperature specifying unit. It can be performed reliably.
[0023]
In order to solve the above problems, another hybrid type power output device of the present invention can generate power using an engine and at least a part of the output of the engine, and can output driving force via a drive shaft. A motor generator device, a power storage device that can be charged by the motor generator device and can supply power to the motor generator device, combustion mode switching means for switching between spark ignition combustion and compression self-ignition combustion in the engine, Temperature specifying means for detecting or estimating the catalyst temperature on the exhaust side, and when the detected or estimated catalyst temperature is lower than a predetermined temperature threshold, prohibits the compression self-ignition combustion in the engine and performs the detection or estimation. If the detected catalyst temperature is higher than the temperature threshold, the compression ignition combustion in the engine is performed. While controlling the combustion mode switching means so as not to prohibit, when the detected or estimated catalyst temperature is lower than the temperature threshold, the engine is controlled so as to output an output larger than the output required for the engine. Control means for controlling.
[0024]
According to another hybrid type power output device of the present invention, during its operation, the catalyst temperature is detected or estimated periodically or irregularly by a temperature specifying means such as a temperature sensor or a microcomputer. In particular, when the catalyst temperature thus detected or estimated is lower than a predetermined temperature threshold value, for example, under the control of a control means such as a microcomputer, for example, the engine spark plug, the in-cylinder temperature and the in-cylinder pressure are controlled. The combustion mode switching means, such as the adjusting mechanism, inhibits the compression ignition combustion in the engine. That is, spark ignition combustion is performed. On the other hand, when the detected or estimated catalyst temperature is lower than the predetermined temperature threshold value, the control of the control means causes the combustion mode switching means to not inhibit the compression ignition combustion in the engine. Further, when the detected or estimated catalyst temperature is lower than the temperature threshold, the engine outputs an output larger than the required output under the control of the control means. As a result, the exhaust gas temperature can be increased, and the catalyst temperature can be increased at an early stage.
[0025]
As described above, it is possible to efficiently avoid a situation in which the catalyst temperature is lowered due to continuing the compression self-ignition combustion for a long time, that is, a situation in which the exhaust gas purification performance is reduced. Alternatively, when the temperature of the catalyst is low, it can be raised at an early stage, and the exhaust gas purification performance can be recovered at an early stage. On the other hand, if the catalyst temperature is high, exhaust loss can be reduced by performing compression auto-ignition combustion while maintaining exhaust gas purification performance, and fuel efficiency performance and the like can be improved.
[0026]
In another aspect of the hybrid power output device of the present invention, the motor generator device includes a plurality of motor generators, and at least one of the plurality of motor generators uses at least a part of the output of the engine. The power storage device is charged by power generation, and at least one of the plurality of motor generators is supplied with power by the power storage device to output the driving force.
[0027]
According to this aspect, the hybrid power output device of the present invention can efficiently reduce the assist power shortage when switching the combustion mode in the engine regardless of whether the system is a parallel hybrid system or a serial hybrid system. Can be avoided.
[0028]
In order to solve the above-described problems, a hybrid vehicle according to the present invention includes the above-described power output device of the present invention (including its various aspects), a vehicle body on which the power output device is mounted, and a vehicle body mounted on the vehicle body. And wheels driven by the driving force output via the driving shaft.
[0029]
According to the hybrid vehicle of the present invention, since the above-described power output device of the present invention is provided, the hybrid vehicle is excellent in power performance, fuel consumption performance, exhaust gas purification performance, and the like. Further, the riding comfort has been improved and the engine life has been extended.
[0030]
In order to solve the above-described problems, a method for controlling a hybrid power output device according to the present invention can generate power using an engine and at least a part of the output of the engine and can output driving force via a drive shaft. A motor generator device, a power storage device chargeable by the motor generator device and capable of supplying power to the motor generator device, and combustion mode switching means for switching between spark ignition combustion and compression self-ignition combustion in the engine. A control method for controlling a power output device, comprising: a monitoring step of monitoring a charged amount of the power storage device; and a compression ignition of the engine including a first condition defined by a combination of a torque and a rotation speed of the engine. When a predetermined condition for performing combustion is satisfied, the engine is caused to perform the compression ignition combustion, and When the predetermined condition is not satisfied, the combustion mode switching means is controlled so as to cause the engine to perform the spark ignition combustion, and when the monitored storage amount is smaller than a predetermined storage amount threshold, the case is larger. And a control step of making the predetermined condition stricter.
[0031]
According to the control method of the hybrid type power output device of the present invention, the power storage amount of the power storage device is monitored periodically or irregularly during the operation of the engine by a monitoring process using a voltage sensor, a power storage amount sensor, a microcomputer, or the like. I do. Then, when a predetermined condition for performing the compression ignition combustion is satisfied in a control process using a microcomputer or the like, the engine performs the compression ignition combustion by the combustion mode switching unit. On the other hand, if the predetermined condition for performing the compression ignition combustion is not satisfied, the engine is caused to perform the spark ignition combustion by the combustion mode switching means. Here, particularly, in the control step, when the amount of power stored in the power storage device is smaller than a predetermined amount of stored power threshold, the predetermined condition for performing the compression self-ignition combustion is made stricter than in the case where the amount is large.
[0032]
As described above, power performance, fuel consumption performance, exhaust gas purification performance, and the like can be improved, and further, riding comfort is improved and engine life is extended.
[0033]
In order to solve the above-mentioned problem, another control method of a hybrid power output device of the present invention is capable of generating power using an engine and at least a part of the output of the engine and generating driving force via a drive shaft. A motor generator device capable of outputting, a power storage device chargeable by the motor generator device and capable of supplying power to the motor generator device, and combustion mode switching means for switching between spark ignition combustion and compression auto-ignition combustion in the engine. A control method for controlling a power output device provided, comprising: a temperature specifying step of detecting or estimating a catalyst temperature on an exhaust side of the engine; and wherein the detected or estimated catalyst temperature is lower than a predetermined temperature threshold. Prohibiting the compression ignition combustion in the engine, wherein the detected or estimated catalyst temperature is equal to the temperature threshold. If the temperature is higher, the control step of controlling the combustion mode switching means so as not to prohibit the compression ignition combustion in the engine, and if the detected or estimated catalyst temperature is lower than the temperature threshold, Controlling the engine so as to produce an output larger than the output required of the engine.
[0034]
According to another control method of the hybrid type power output device of the present invention, during the operation, for example, the catalyst temperature is detected or estimated periodically or irregularly by a temperature specifying step using a temperature sensor, a microcomputer, or the like. . In particular, when the detected or estimated catalyst temperature is lower than the predetermined temperature threshold, the combustion mode switching means prohibits the compression ignition combustion in the engine by a control process using a microcomputer or the like, for example. That is, spark ignition combustion is performed. On the other hand, when the detected or estimated catalyst temperature is lower than the predetermined temperature threshold value, the combustion mode switching means does not prohibit the compression ignition combustion in the engine by the control process. Further, if the catalyst temperature thus detected or estimated is below the temperature threshold, the control process causes the engine to output more power than is required. As a result, the exhaust gas temperature can be increased, and the catalyst temperature can be increased at an early stage.
[0035]
As described above, a situation in which the exhaust gas purification performance is reduced can be efficiently avoided, and the exhaust gas purification performance can be recovered at an early stage.
[0036]
The operation and other advantages of the present invention will become more apparent from the embodiments explained below.
[0037]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the hybrid power output device according to the present invention is applied to a hybrid vehicle of a parallel hybrid system, and the control method of the power output device according to the present invention is executed in the hybrid vehicle. Is what is done.
[0038]
(Basic configuration and operation of hybrid vehicle)
First, the configuration of the hybrid vehicle according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram of a power system in the hybrid vehicle according to the present embodiment.
[0039]
In FIG. 1, the power system of the hybrid vehicle according to the present embodiment includes an engine 150, motor generators MG1 and MG2 constituting an example of a motor generator device, drive circuits 191 and 192 for driving these motor generators MG1 and MG2, respectively. And an EFIECU (Electrical Fuel Injection Control Unit) 170 for controlling the engine 150.
[0040]
Particularly, in the present embodiment, the engine 150 is a gasoline engine having a combustion mode switching function capable of switching between compression self-ignition combustion and spark ignition combustion. This combustion mode switching operation will be described later in detail.
[0041]
Engine 150 rotates crankshaft 156. The operation of the engine 150 is controlled by the EFIECU 170. The EFIECU 170 is a one-chip microcomputer having a CPU, a ROM, a RAM, and the like therein. The CPU executes a fuel injection amount, a rotation speed, and other controls of the engine 150 according to a program recorded in the ROM. Although not shown, various sensors indicating the operating state of the engine 150 are connected to the EFIECU 170 in order to enable these controls.
[0042]
Motor generators MG1 and MG2 are configured as synchronous motor generators, and include rotors 132 and 142 having a plurality of permanent magnets on the outer peripheral surface, and stators 133 and 143 on which three-phase coils forming a rotating magnetic field are wound. Prepare. Stators 133 and 143 are fixed to case 119. The three-phase coils wound around stators 133 and 143 of motor generators MG1 and MG2 are connected to battery 194 via drive circuits 191 and 192, respectively.
[0043]
The drive circuits 191 and 192 are transistor inverters each including a pair of transistors as switching elements for each phase. The drive circuits 191 and 192 are connected to the control unit 190, respectively. When the transistors of drive circuits 191 and 192 are switched by a control signal from control unit 190, current flows between battery 194 and motor generators MG1 and MG2.
[0044]
Each of motor generators MG1 and MG2 can also operate as a motor (electric motor) that receives the supply of power from battery 194 and rotates and drives (hereinafter, this operation state is appropriately referred to as “powering”). Alternatively, when the rotors 132 and 142 are rotated by external force, the battery 194 can be charged by functioning as a generator (generator) that generates an electromotive force at both ends of the three-phase coil (hereinafter, this operation is appropriately performed). The state is called "regeneration").
[0045]
Engine 150 and motor generators MG1 and MG2 are mechanically connected via planetary gears 120, respectively. The planetary gear 120 is also called a planetary gear, and has three rotation shafts connected to respective gears described below. The gears that constitute the planetary gear 120 are a sun gear 121 that rotates at the center, a planetary pinion gear 123 that revolves around the sun gear while rotating around itself, and a ring gear 122 that rotates around the outer periphery thereof. The planetary pinion gear 123 is supported by a planetary carrier 124. In the hybrid vehicle of the present embodiment, the crankshaft 156 of the engine 150 is connected to the planetary carrier shaft 127 via the damper 130. The damper 130 is provided to absorb torsional vibration generated in the crankshaft 156. Motor generator MG 1 has rotor 132 coupled to sun gear shaft 125. Motor generator MG2 has rotor 142 coupled to ring gear shaft 126. The rotation of the ring gear 122 is transmitted to the drive shaft 112 via the chain belt 129, and further to the wheels 116R and 116L.
[0046]
Next, the operation of the power system of the hybrid vehicle according to the present embodiment configured as described above will be described.
[0047]
First, the operation of the planetary gear 120 will be described with reference to FIGS.
[0048]
The planetary gear 120 changes the rotation state of the remaining rotation shafts when the rotation speed and torque of the two rotation shafts of the three rotation shafts described above (hereinafter, both are collectively referred to as “rotation state”) are determined. It has the property of being determined. The relationship between the rotation states of the respective rotating shafts can be obtained by a calculation formula well-known in mechanics, but can also be obtained geometrically by a diagram called an alignment chart.
[0049]
FIG. 2 shows an example of the alignment chart. The vertical axis indicates the number of rotations of each rotation axis. The horizontal axis shows the gear ratio of each gear in a distance relationship. With the sun gear shaft 125 (S in the figure) and the ring gear shaft 126 (R in the figure) at both ends, a position C that internally divides between the position S and the position R into 1: ρ is defined as a position of the planetary carrier shaft 127. ρ is the ratio of the number of teeth of the sun gear 121 to the number of teeth of the ring gear 122. At the positions S, C and R defined in this way, the rotation speeds Ns, Nc and Nr of the rotation shafts of the respective gears are plotted. The planetary gear 120 has such a property that the three points thus plotted are always aligned. This straight line is called an operating collinear line. The motion collinear is uniquely determined if two points are determined. Therefore, by using the operation collinear, the rotation speeds of the remaining rotation shafts can be obtained from the rotation speeds of two rotation shafts among the three rotation shafts.
[0050]
Further, the planetary gear 120 has such a property that when the torque of each rotary shaft is replaced with a force acting on the operating collinear line, the operating collinear line is maintained as a rigid body. As a specific example, the torque acting on the planetary carrier shaft 127 is Te. At this time, as shown in FIG. 2, a force having a magnitude corresponding to the torque Te is applied to the operating collinear line at the position C from vertically downward. The acting direction is determined according to the direction of the torque Te. Further, the torque Tr output from the ring gear shaft 126 is caused to act on the operating collinear line at the position R from vertically upward. Tes and Ter in the figure are obtained by distributing the torque Te to two equivalent forces based on the distribution law of the force acting on the rigid body. There is a relationship of “Tes = ρ / (1 + ρ) × Te” and “Ter = 1 / (1 + ρ) × Te”. In consideration of the condition that the operating collinear diagram is balanced as a rigid body in the state where the above-mentioned force is applied, the torque Tm1 to be applied to the sun gear shaft 125 and the torque Tm2 to be applied to the ring gear shaft are obtained. be able to. The torque Tm1 becomes equal to the torque Tes, and the torque Tm2 becomes equal to the difference between the torque Tr and the torque Ter.
[0051]
When the engine 150 coupled to the planetary carrier shaft 127 is rotating, the sun gear 121 and the ring gear 122 can rotate in various rotation states under conditions that satisfy the above-mentioned conditions regarding the operating collinear. When sun gear 121 is rotating, it is possible to generate electric power by motor generator MG1 using the rotational power. When the ring gear 122 is rotating, the power output from the engine 150 can be transmitted to the drive shaft 112. In the hybrid vehicle having the configuration shown in FIG. 1, the power output from engine 150 is distributed to the power mechanically transmitted to the drive shaft and the power regenerated as electric power, and the regenerated electric power is used. By powering motor generator MG2 to assist the power, the vehicle can travel while outputting desired power. Such an operation state is a state that can be taken during normal running of the hybrid vehicle. At the time of a high load such as at the time of full-open acceleration, power is also supplied from the battery 194 to the motor generator MG2 to increase the power transmitted to the drive shaft 112.
[0052]
Further, in the above-described hybrid vehicle, since the power of motor generator MG1 or MG2 can be output from drive shaft 112, the vehicle can travel using only the power output by these motors. Therefore, even when the vehicle is running, the engine 150 may be stopped or may be running idle. This operating state is a state that can be taken at the time of starting or running at low speed.
[0053]
Furthermore, in the hybrid vehicle of the present embodiment, the power output from the engine 150 can be transmitted only to the drive shaft 112 side instead of being distributed to two paths. This is an operation state that can be taken during high-speed steady running, in which motor generator MG2 is brought into a state of being rotated by inertia due to high-speed running, and runs only with power output from engine 150 without assistance by motor generator MG2.
[0054]
FIG. 3 shows an alignment chart at the time of this high-speed steady running. In the alignment chart shown in FIG. 2, the rotation speed Ns of the sun gear shaft 125 is positive, but depending on the rotation speed Ne of the engine 150 and the rotation speed Nr of the ring gear shaft 126, as shown in the alignment chart of FIG. It becomes. At this time, in motor generator MG1, the direction of rotation and the direction in which torque acts are the same, so that motor generator MG1 operates as an electric motor and consumes electric energy represented by the product of torque Tm1 and rotational speed Ns. (State of reverse power running). On the other hand, in motor generator MG2, the direction of rotation and the direction in which torque acts are opposite, so that motor generator MG2 operates as a generator and transfers electric energy represented by the product of torque Tm2 and rotational speed Nr to the ring gear shaft. It will regenerate from 126.
[0055]
As described above, the hybrid vehicle of the present embodiment can travel in various driving states based on the operation of the planetary gear 120.
[0056]
Subsequently, the control operation by the control unit 190 will be described again with reference to FIG.
[0057]
In FIG. 1, the entire operation of the power output device of the present embodiment is controlled by a control unit 190. The control unit 190 is a one-chip microcomputer having a CPU, a ROM, a RAM, and the like inside similarly to the EFIECU 170. The control unit 190 is connected to the EFIECU 170, and both can transmit various information. The control unit 190 is configured to be capable of indirectly controlling the operation of the engine 150 by transmitting information such as a torque command value and a rotation speed command value required for controlling the engine 150 to the EFIECU 170. The control unit 190 thus controls the operation of the entire power output device. In order to realize such control, the control unit 190 is provided with various sensors, for example, a sensor 144 for knowing the rotation speed of the drive shaft 112. Since the ring gear shaft 126 and the drive shaft 112 are mechanically connected, in the present embodiment, a sensor 144 for detecting the rotation speed of the drive shaft 112 is provided on the ring gear shaft 126 to control the rotation of the motor generator MG2. For the sensor.
[0058]
(Electric circuit in power system of hybrid vehicle)
Next, an electric circuit provided in the power system of the hybrid vehicle according to the present embodiment will be described in more detail with reference to FIG. That is, here, details of the control unit 190, the motor generators MG1 and MG2, the drive circuits 191 and 192, and the battery 194 shown in FIG. 1 will be described.
[0059]
As shown in FIG. 4, an inverter capacitor 196, a drive circuit 191 connected to motor generator MG1, and a drive circuit 192 connected to motor generator MG2 are connected in parallel to battery 194.
[0060]
In detail, the battery 194 includes a battery module 194a, an SMR (system main relay) 194b, a voltage detection circuit 194c, a current sensor 194d, and the like. The SMR 194b connects and disconnects the power supply of the high-voltage circuit in accordance with a command from the control unit 190, and includes two relays R1 and R2 arranged on both the positive and negative sides of the battery module unit 194a. The two relays R1 and R2 are provided on the battery 194 because the relay R2 is first turned on when the power is connected, the relay R1 is turned on subsequently, and the power is cut off, the relay R1 is turned off first. This is because it is possible to perform a reliable operation by turning off the relay R2. The voltage detection circuit 194c detects a total voltage value of the battery module 194a. The current sensor 194d detects an output current value from the battery module 194a. Output signals of the voltage detection circuit 194c and the current sensor 194d are transmitted to the control unit 190.
[0061]
Drive circuits 191 and 192 are power converters for converting a high-voltage DC current of a battery and an AC current for motor generators MG1 and MG2, and more specifically, a three-phase bridge circuit composed of six power transistors. 191a and 192a are provided, respectively, and the three-phase bridge circuits 191a and 192a convert between DC current and three-phase AC current.
[0062]
The drive circuits 191 and 192 are provided with voltage detection circuits 191b and 192b, respectively. Voltage detection circuits 191b and 192b detect back electromotive voltages of motor generators MG1 and MG2, respectively. The drive of each power transistor of the three-phase bridge circuits 191a and 192a is controlled by the control unit 190, and the drive circuits 191 and 192 send the voltage values detected by the voltage detection circuits 191b and 192b to the control unit 190. And information necessary for current control such as a current value detected by a current sensor (not shown) provided between the three-phase bridge circuits 191a and 192a and the motor generators MG1 and MG2.
[0063]
(Direct injection gasoline engine)
Next, the direct injection engine provided in the hybrid vehicle of the present embodiment will be described in more detail with reference to FIG. That is, here, the details of the engine 150 shown in FIG. 1 will be described.
[0064]
As shown in FIG. 5, engine 150 is a so-called direct injection gasoline engine that directly injects fuel into a fuel chamber. Engine 150 is controlled by EFIECU 170. The engine 150 includes the cylinder block 14. A cylinder 16 is formed inside the cylinder block 14. Although engine 150 has a plurality of cylinders, FIG. 5 shows one cylinder 16 of the plurality of cylinders for convenience of explanation.
[0065]
A piston 18 is provided inside the cylinder 16. The piston 18 can slide inside the cylinder 16 in the vertical direction in FIG. Inside the cylinder 16, a combustion chamber 20 is formed above the piston 18. In the combustion chamber 20, the injection port of the fuel injection valve 22 is exposed. During operation of the engine 150, fuel is pumped from the fuel pump 24 to the fuel injection valve 22. The fuel injection valve 22 and the fuel pump 24 are connected to the EFIECU 170. The fuel pump 24 pumps fuel to the fuel injection valve 22 according to a control signal supplied from the EFIECU 170. Further, the fuel injection valve 22 injects fuel into the combustion chamber 20 according to a control signal supplied from the EFIECU 170.
[0066]
Further, the tip of the ignition plug 26 is exposed in the combustion chamber 20. The ignition plug 26 ignites fuel in the combustion chamber 20 by receiving an ignition signal from the EFIECU 170. An exhaust pipe 30 communicates with the combustion chamber 20 via an exhaust valve 28. Each branch pipe of an intake manifold 34 communicates with the combustion chamber 20 via an intake valve 32. The intake manifold 34 communicates with a surge tank 36 on the upstream side. An intake pipe 38 communicates further upstream of the surge tank 36.
[0067]
The intake pipe 38 is provided with a throttle valve 40. The throttle valve 40 is connected to a throttle motor 42. The throttle motor 42 is connected to the EFIECU 170. The throttle motor 42 changes the opening of the throttle valve 40 according to a control signal supplied from the EFIECU 170. In the vicinity of the throttle valve 40, a throttle opening sensor 44 is provided. The throttle opening sensor 44 outputs an electric signal corresponding to the opening of the throttle valve 40 (hereinafter, appropriately referred to as throttle opening SC) to the EFIECU 170. The EFIECU 170 detects the throttle opening SC based on the output signal of the throttle opening sensor 44.
[0068]
An ignition switch 76 (hereinafter, referred to as an IG switch 76) is connected to the EFIECU 170. The EFIECU 170 detects the ON / OFF state of the IG switch 76 based on the output signal of the IG switch 76. When the IG switch 76 is turned off from the on state, the fuel injection by the fuel injection valve 22, the ignition of the fuel by the spark plug 26, and the pumping of the fuel by the fuel pump 24 are stopped, and the operation of the engine 150 is stopped. You.
[0069]
An accelerator opening sensor 80 is provided near the accelerator pedal 78. Accelerator opening sensor 80 outputs an electrical signal corresponding to the amount of depression of accelerator pedal 78 (hereinafter, appropriately referred to as accelerator opening AC) to EFIECU 170. EFIECU 170 detects accelerator opening AC based on the output signal of the accelerator opening sensor.
[0070]
In the present embodiment, a turbocharger 39 is provided in the intake pipe 38, and the compressed air is turbocharged into the intake pipe 38 by, for example, a turbine linked to a turbine provided on the exhaust pipe 30 side. It is configured as follows. Further, such a turbocharger 39 may be configured to be assisted by the generator motor MG1 or MG2. Further, the turbocharger 39 may be configured to variably increase the in-cylinder pressure at a specific timing under the control of the EFIECU 170.
[0071]
In the present embodiment, a three-way catalyst device 31 is provided in the exhaust pipe 30, and thereby the exhaust gas purification performance is enhanced. In addition, the purification performance of the three-way catalyst device 31 is significantly reduced unless the temperature is higher than a certain temperature. Therefore, a temperature sensor 31T is attached to the three-way catalyst device 31, and the catalyst temperature TCA is detected and input to the EFIECU 170 as catalyst temperature information. Alternatively, such a catalyst temperature TCA may be indirectly estimated based on other detection information such as the engine speed of the engine 150. The catalyst temperature TCA detected or estimated in this way is used for controlling the engine so that the catalyst temperature TCA does not drop below a certain temperature.
[0072]
As described above, in the engine 150 according to the present embodiment, an example of the combustion mode switching means is provided by the ignition plug 26, the turbocharger 39, an in-cylinder temperature and in-cylinder adjustment mechanism such as an EGR device (not shown), and the like. Is configured. Thus, the engine 150 is configured to be able to switch between compression self-ignition combustion and spark ignition combustion under the control of the EFIECU 170, that is, to have a combustion mode switching function.
[0073]
(Combustion mode switching control)
Next, control for switching the combustion mode between spark ignition combustion and compression auto-ignition combustion in engine 150 by control unit 190 and EFIECU 170 constituting control means according to the present invention will be described between power running and regeneration in motor generators MG1 and MG2. A description will be given with reference to FIGS. 6 to 8 together with the control for appropriately switching the operation. Here, FIG. 6 is a flowchart showing the operation in one specific example of the switching control, and FIG. 7 is a characteristic diagram of the engine speed Ne and the torque Te in the engine showing the auto-ignition combustion possible region. FIG. 8 is a flowchart showing an operation in another specific example of the switching control.
[0074]
In FIG. 6, first, as an initial state, the hybrid vehicle is operating. That is, under the control of the control unit 190 and the EFIECU 170, the required engine speed Ne and torque Te (engine power) are set according to the current vehicle speed, accelerator depression amount, charge capacity SOC, and the like. These values of the rotation speed Ne and the torque Te are selected as values on the operation curve C1 shown in FIG. 7, for example, during spark ignition combustion. The operation curve C1 is a curve obtained by connecting a combination of the rotational speed Ne and the torque Te at which the operation efficiency is improved on the Ne-Pe characteristic diagram. Information indicating the operating point set in this way is transmitted from the control unit 190 to the EFIECU 170, and the EFIECU 170 controls the engine 150. In the engine 150, the fuel injection amount or the throttle An operation state such as an opening degree is controlled. In parallel with this, in motor generators MG1 and MG2, their rotational speeds are controlled by a collinear chart as shown in FIGS. 2 and 3 or a so-called proportional integral control (PI control). More specifically, in the control of motor generators MG1 and MG2, for example, the voltage applied to the three-phase coil of each motor is set according to the set rotation speed Ne and torque Te, and the deviation from the applied voltage at the present time is set. , The transistors of the driving circuits 191 and 192 are switched.
[0075]
In the initial state as described above, the switching logic between the compression ignition combustion and the spark ignition combustion is periodically or irregularly repeated by, for example, interrupt processing (step S10). Then, based on the rotational speed Ne and the torque Te required of the engine, it is determined whether or not these are in a self-ignition combustible region as a first condition (step S11). Specifically, in the characteristic diagram of the requested rotation speed Ne and the requested torque Te shown in FIG. 7, whether the set (Ne, Te) of these values falls within the self-ignition combustion possible area A1. It is determined whether or not. As shown in FIG. 7, the self-ignition / combustible region A1 is generally located below and to the left of the operation curve C1, that is, on the low rotation speed side and the low torque side.
[0076]
Subsequently, if the result of determination in step S11 is that the ignition ignition combustion is not in the self-ignition combustion possible region, that is, if spark ignition combustion should be selected (step S11: "spark ignition combustion selection"), the ignition plug is An electric pulse signal is transmitted at a predetermined timing to cause the engine 150 to perform spark ignition combustion (step S12). At this time, in the engine 150, the in-cylinder pressure and the in-cylinder temperature, the air mixing ratio of the injected fuel, the degree of turbocharging, the degree of exhaust circulation by EGR, the opening and closing timing of the intake and exhaust valves, and the like are also spark ignition. Set for combustion. That is, in the present embodiment, an example of the combustion mode switching means is constituted by such an ignition plug or the like. Thereafter, the switching operation performed by the interrupt processing or the like ends.
[0077]
On the other hand, if the result of determination in step S11 is that the engine is in the auto-ignition-combustible region, that is, if compression auto-ignition combustion should be selected (step S11: "auto-ignition combustion selection"), the battery 194 It is determined whether or not the charging capacity SOC is larger than the predetermined charging amount S0 (step S13).
[0078]
In step S13, the charge capacity SOC of the battery 194 is determined, for example, by integrating the charge / discharge current values obtained from the detection signal of the current sensor 194d built in the battery 194 as an example of a monitoring unit that monitors the charged amount. Can be Alternatively, the charge capacity SOC may be detected by measuring the specific gravity of the electrolyte of the battery 194 as an example of monitoring means for monitoring the charged amount, or the current may be short-circuited by instantaneously shorting the terminals of the battery. , And measuring the internal resistance to detect the charging capacity SOC.
[0079]
In step S13, a value in the range of 10 to 80%, such as 45% with respect to the saturation charge, is set in advance as the predetermined power storage amount S0. The setting method is experimental, empirical, and comprehensively considering the specifications of the hybrid vehicle, more specifically, required power performance, fuel consumption performance, exhaust gas purification performance, ride comfort, engine life, and the like. It is a property that is individually and specifically set by theoretical or simulation. As the predetermined charge amount S0 increases, the condition in step S13 becomes more severe, and the period or opportunity for performing the compression ignition combustion decreases, and the period or opportunity for performing the spark ignition combustion increases. On the other hand, as the predetermined charge amount S0 is smaller, the condition in step S13 is relaxed, and the period or opportunity for performing the compression ignition combustion increases, and the period or opportunity for performing the spark ignition combustion decreases.
[0080]
Further, in step S13, it is determined whether or not the catalyst temperature TCA is equal to or higher than the predetermined temperature T0. The catalyst temperature TCA may be detected from the temperature sensor 31T attached to the three-way catalyst device 31 as an example of the temperature specifying unit as described above, or may be calculated based on other parameters such as the rotation speed Ne and the torque Te. Alternatively, it may be estimated.
[0081]
In step S13, as the predetermined temperature T0, for example, a value in the range of several tens degrees Celsius to one hundred and several tens degrees Celsius is set in advance. The setting method is based on the experimental and experience of the hybrid vehicle, more specifically, the power performance, fuel efficiency, ride comfort, engine life, etc., focusing on the required exhaust gas purification performance. It is a property that is individually and specifically set by a target, a theory, a simulation, or the like. As the predetermined temperature T0 increases, the condition in step S13 becomes more severe, and the period or opportunity for performing the compression ignition combustion decreases, and the period or opportunity for performing the spark ignition combustion increases. On the other hand, as the predetermined temperature T0 is smaller, the condition in step S13 becomes milder, and the period or opportunity for performing the compression ignition combustion increases, and the period or opportunity for performing the spark ignition combustion decreases.
[0082]
As described above, in step S13, as an example of the second condition according to the present invention, it is determined whether the charge capacity SOC is equal to or higher than the predetermined charge amount S0 and the catalyst temperature TCA is equal to or higher than the predetermined temperature T0. Is determined.
[0083]
If the result of determination in step S13 is that the above-described second condition is not satisfied (step S13: NO), the process branches to step S12 to cause the engine 150 to perform spark ignition combustion as described above.
[0084]
On the other hand, if the result of determination in step S13 is that the above-described second condition is satisfied (step S13: Yes), compression ignition combustion is sent to the engine 150 without sending an electric pulse signal to the spark plug. Is performed (step S14). At this time, in the engine 150, the in-cylinder pressure and the in-cylinder temperature, the air mixing ratio of the injected fuel, the degree of turbocharging, the degree of exhaust circulation by EGR, the timing of opening and closing the intake and exhaust valves, and the like are also determined by the compression mechanism. Set for ignition combustion. Thereafter, the switching logic executed by the interrupt processing or the like ends.
[0085]
As described above, the compression self-ignition combustion in step S14 is performed only when the storage capacity SOC is equal to or more than the predetermined storage amount S0 in step S13. By using the battery 194 having a sufficient storage amount, the motor generators MG1 and MG2 assist the engine 150 to obtain a necessary driving force.
[0086]
In the present embodiment, when the switching logic of step S10 is started during “spark ignition combustion” as an initial state, the determination of step S11 adds a condition that the vehicle does not need to be accelerated. Control may be performed to select auto-ignition combustion (that is, to switch to compression auto-ignition combustion). Further, when the switching logic of step S10 is started during “spark ignition combustion” as an initial state, the determination of step S11 is based on the condition that if the combustion mode is switched, the torque step cannot be absorbed, and Control may be performed such that spark ignition combustion is selected (that is, spark ignition combustion is continued). On the other hand, if the switching logic of step S10 is started during the "compression auto-ignition combustion" as an initial state, the determination of step S11 is based on the condition that acceleration of the vehicle is not required. Control may be performed so as to select (that is, to continue the compression ignition combustion).
[0087]
Next, another specific example of the switching control according to the present embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 8, the same steps as those in FIG. 6 are denoted by the same step numbers, and the description thereof will be omitted as appropriate.
[0088]
That is, in FIG. 8, the processing of steps S10 to S13 is performed in the same manner as in FIG.
[0089]
Subsequently, as a result of the determination in step S13, if the second condition, that is, the charge capacity SOC that is the second condition is equal to or more than the predetermined charge amount S0 and the catalyst temperature TCA is equal to or more than the predetermined temperature T0, the condition is not satisfied (step S13: NO) ), The engine output is increased under the control of the control unit 190 and the EFIECU 170 so that an output larger than the required engine speed Ne and torque Te is obtained (step S21). As a result, the catalyst temperature TCA can be raised quickly. Therefore, the exhaust gas purification performance can be quickly restored. At the same time, the regenerative operation of the generator motors MG1 and MG2 allows the storage capacity SOC to be increased quickly.
[0090]
Thereafter, the flow branches to step S12 to cause the engine 150 to perform spark ignition combustion as described above.
[0091]
On the other hand, if the result of determination in step S13 is that the above-described second condition is satisfied (step S13: Yes), step S14 is performed as in the case of FIG. 6, and then execution is performed by the interrupt processing or the like. The switching logic performed ends.
[0092]
(Other variants)
As the configuration of the hybrid vehicle to which the present invention is applied, various configurations other than the configuration shown in FIG. 1 are possible.
[0093]
In the above-described embodiment, motor generator MG2 is coupled to ring gear shaft 126 as shown in FIG. 1, but motor generator MG2 is coupled to planetary carrier shaft 127 directly connected to crankshaft 156 of engine 150. Can also be taken. Alternatively, in FIG. 1, a mechanical distribution type power adjustment device using a planetary gear 120 or the like is used as a power adjustment device for transmitting a part of the power output from the engine 150 to the drive shaft 112. As the adjustment device, an electric distribution type power adjustment device using a paired rotor motor or the like can be used. For example, a clutch motor CM may be provided instead of planetary gear 120 and motor generator MG1.
[0094]
In the above-described embodiment, the motor generator device includes a plurality of motor generators formed of synchronous motors, but instead of or in addition to at least a part thereof, an induction motor, a vernier motor, a DC motor, a superconducting motor, a step motor, and the like. Can also be used.
[0095]
In the above-described embodiment, a direct injection type gasoline engine driven by gasoline is used as the engine 150. In addition, various types of gasoline engines such as a traditional port injection type gasoline engine, a diesel engine, a turbine engine, and a jet engine are used. Of the internal combustion or external combustion engine can be used.
[0096]
In addition, the power output device of the present invention is applicable not only to a parallel hybrid vehicle but also to a serial hybrid vehicle. Furthermore, the hybrid power output device of the present invention is applicable not only to hybrid vehicles but also to various other moving objects and heavy electric equipment.
[0097]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed within a scope not contrary to the gist or idea of the invention which can be read from the claims and the entire specification, and a hybrid type including such a change Power output device, its control method, and a hybrid vehicle provided with such a power output device are also included in the technical scope of the present invention.
[0098]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the present invention, for example, in a hybrid power output device suitably used for a hybrid vehicle or the like, a stable power performance can be realized while the engine has a combustion mode switching function. Further, when the combustion mode is switched, it is possible to efficiently avoid a situation in which the assisting force of the motor generator device is insufficient.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a power system in a hybrid vehicle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an alignment chart for explaining a basic operation of the hybrid vehicle according to the embodiment.
FIG. 3 is an alignment chart when the hybrid vehicle according to the present embodiment is traveling at a high speed in a steady state.
FIG. 4 shows a configuration of a battery and a motor drive circuit of the hybrid vehicle according to the embodiment.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a structure of an engine according to the present embodiment.
FIG. 6 is a flowchart showing an operation of a specific example of switching control between compression ignition combustion and spark ignition combustion according to the embodiment.
FIG. 7 is a characteristic diagram of a rotation speed Ne and a torque Te in an engine showing a self-ignition combustion possible region according to the embodiment.
FIG. 8 is a flowchart illustrating an operation in another specific example of switching control between compression ignition combustion and spark ignition combustion according to the present embodiment.
[Explanation of symbols]
22 Fuel injection valve
24 Fuel pump
31 Three-way catalytic converter
38 Intake pipe
39 Turbocharger
40 Throttle valve
44 Throttle opening sensor
76 Ignition switch
78 accelerator pedal
80 Accelerator opening sensor
120 planetary gear
150 engine
170 EFI ECU
190 Control Unit (ECU)
194 Battery

Claims (9)

エンジンと、
該エンジンの出力の少なくとも一部を用いて発電可能であると共に駆動軸を介して駆動力を出力可能なモータジェネレータ装置と、
該モータジェネレータ装置により充電可能であると共に前記モータジェネレータ装置に電源供給可能な蓄電装置と、
前記エンジンにおける火花点火燃焼及び圧縮自着火燃焼を切り替える燃焼形態切替手段と、
前記エンジンのトルク及び回転数の組合せにより規定される第1条件を含む前記エンジンに前記圧縮自着火燃焼を行わせるための所定条件が満たされる場合に、前記エンジンに前記圧縮自着火燃焼を行わせ、前記所定条件が満たされない場合に、前記エンジンに前記火花点火燃焼を行わせるように、前記燃焼形態切替手段を制御すると共に、前記蓄電装置の蓄電量が所定の蓄電量閾値より小さい場合には大きい場合と比べて前記所定条件を厳しくする制御手段と
を備えたことを特徴とする動力出力装置。
Engine and
A motor generator device capable of generating power using at least a part of the output of the engine and capable of outputting driving force via a drive shaft;
A power storage device that can be charged by the motor generator device and can supply power to the motor generator device;
Combustion mode switching means for switching between spark ignition combustion and compression ignition combustion in the engine;
When a predetermined condition for causing the engine to perform the compression ignition combustion including a first condition defined by a combination of the torque and the rotation speed of the engine is satisfied, the engine performs the compression ignition combustion. When the predetermined condition is not satisfied, the control unit controls the combustion mode switching unit so as to cause the engine to perform the spark ignition combustion, and when the storage amount of the power storage device is smaller than a predetermined storage amount threshold. A power output device comprising: control means for making the predetermined condition stricter than when the power output device is large.
前記蓄電量を監視する監視手段を更に備え、
前記制御手段は、前記監視された蓄電量が前記蓄電量閾値より小さいか否かを判定し、その判定結果に応じて前記燃焼形態切替手段を制御することを特徴とする請求項1に記載の動力出力装置。
Monitoring means for monitoring the storage amount,
2. The control method according to claim 1, wherein the control unit determines whether the monitored storage amount is smaller than the storage amount threshold, and controls the combustion mode switching unit according to the determination result. 3. Power output device.
前記制御手段は、
前記回転数及び前記トルクに基づいて前記第1条件が満たされるか否かを判定し、
前記第1条件が満たされないと判定した場合には、前記エンジンに前記火花点火燃焼を行わせるように前記燃焼形態切替手段を制御し、
前記第1条件が満たされると判定した場合には、更に前記蓄電量が前記蓄電量閾値以上であり且つ前記エンジンの排気側における触媒温度が所定の温度閾値以上であることを第2条件としてこれが満たされる場合に、前記エンジンに前記圧縮自着火燃焼を行わせるように前記燃焼形態切替手段を制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の動力出力装置。
The control means includes:
It is determined whether the first condition is satisfied based on the rotation speed and the torque,
If it is determined that the first condition is not satisfied, the control unit controls the combustion mode switching unit to cause the engine to perform the spark ignition combustion,
When it is determined that the first condition is satisfied, the second condition is that the storage amount is equal to or higher than the storage amount threshold and the catalyst temperature on the exhaust side of the engine is equal to or higher than a predetermined temperature threshold. The power output device according to claim 1, wherein when the condition is satisfied, the combustion mode switching unit is controlled to cause the engine to perform the compression ignition combustion.
前記触媒温度を検出又は推定する温度特定手段を更に備えており、
前記制御手段は、前記第1条件が満たされると判定した場合には、前記蓄電量に加えて前記検出又は推定された触媒温度に基づいて前記第2条件が満たされるか否かを更に判定することを特徴とする請求項3に記載の動力出力装置。
It further comprises a temperature specifying means for detecting or estimating the catalyst temperature,
When the control unit determines that the first condition is satisfied, the control unit further determines whether the second condition is satisfied based on the detected or estimated catalyst temperature in addition to the charged amount. The power output device according to claim 3, wherein:
エンジンと、
該エンジンの出力の少なくとも一部を用いて発電可能であると共に駆動軸を介して駆動力を出力可能なモータジェネレータ装置と、
該モータジェネレータ装置により充電可能であると共に前記モータジェネレータ装置に電源供給可能な蓄電装置と、
前記エンジンにおける火花点火燃焼及び圧縮自着火燃焼を切り替える燃焼形態切替手段と、
前記エンジンの排気側における触媒温度を検出又は推定する温度特定手段と、前記検出又は推定された触媒温度が所定の温度閾値より低い場合には、前記エンジンにおける前記圧縮自着火燃焼を禁止し、前記検出又は推定された触媒温度が前記温度閾値より高い場合には、前記エンジンにおける前記圧縮自着火燃焼を禁止しないように前記燃焼形態切替手段を制御すると共に、前記検出又は推定された触媒温度が前記温度閾値より低い場合には、前記エンジンに要求されている出力より大きい出力を出すように前記エンジンを制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする動力出力装置。
Engine and
A motor generator device capable of generating power using at least a part of the output of the engine and capable of outputting driving force via a drive shaft;
A power storage device that can be charged by the motor generator device and can supply power to the motor generator device;
Combustion mode switching means for switching between spark ignition combustion and compression ignition combustion in the engine;
Temperature specifying means for detecting or estimating the catalyst temperature on the exhaust side of the engine, and when the detected or estimated catalyst temperature is lower than a predetermined temperature threshold, prohibits the compression ignition combustion in the engine; When the detected or estimated catalyst temperature is higher than the temperature threshold, the combustion mode switching means is controlled so as not to prohibit the compression ignition combustion in the engine, and the detected or estimated catalyst temperature is Control means for controlling the engine such that when the temperature is lower than the temperature threshold value, an output larger than the output required for the engine is provided.
前記モータジェネレータ装置は、複数のモータジェネレータを含み、
該複数のモータジェネレータのうち少なくとも一つは、前記エンジンの出力の少なくとも一部を用いて発電して前記蓄電装置を充電し、
前記複数のモータジェネレータのうち少なくとも一つは、前記蓄電装置により電源供給されて前記駆動力を出力することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の動力出力装置。
The motor generator device includes a plurality of motor generators,
At least one of the plurality of motor generators charges the power storage device by generating power using at least a part of the output of the engine,
The power output device according to any one of claims 1 to 5, wherein at least one of the plurality of motor generators is supplied with power by the power storage device to output the driving force.
請求項1から6のいずれか一項に記載の動力出力装置と、
該動力出力装置が搭載される車両本体と、
該車両本体に取り付けられると共に前記駆動軸を介して出力される前記駆動力により駆動される車輪と
を備えたことを特徴とするハイブリッド車両。
A power output device according to any one of claims 1 to 6,
A vehicle body on which the power output device is mounted,
A hybrid vehicle having a wheel attached to the vehicle body and driven by the driving force output via the driving shaft.
エンジンと、該エンジンの出力の少なくとも一部を用いて発電可能であると共に駆動軸を介して駆動力を出力可能なモータジェネレータ装置と、該モータジェネレータ装置により充電可能であると共に前記モータジェネレータ装置に電源供給可能な蓄電装置と、前記エンジンにおける火花点火燃焼及び圧縮自着火燃焼を切り替える燃焼形態切替手段とを備えた動力出力装置を制御する制御方法であって、
前記蓄電装置の蓄電量を監視する監視工程と、
前記エンジンのトルク及び回転数の組合せにより規定される第1条件を含む前記エンジンに前記圧縮自着火燃焼を行わせるための所定条件が満たされる場合に、前記エンジンに前記圧縮自着火燃焼を行わせ、前記所定条件が満たされない場合に、前記エンジンに前記火花点火燃焼を行わせるように、前記燃焼形態切替手段を制御すると共に、前記監視された蓄電量が所定の蓄電量閾値より小さい場合には大きい場合と比べて前記所定条件を厳しくする制御工程と
を備えたことを特徴とする動力出力装置の制御方法。
An engine, a motor generator capable of generating power using at least a part of the output of the engine and capable of outputting a driving force via a drive shaft, and a motor generator capable of being charged by the motor generator and having A control method for controlling a power output device including: a power storage device capable of supplying power; and combustion mode switching means for switching between spark ignition combustion and compression ignition combustion in the engine,
A monitoring step of monitoring the amount of power stored in the power storage device;
When a predetermined condition for causing the engine to perform the compression ignition combustion including a first condition defined by a combination of the torque and the rotation speed of the engine is satisfied, the engine performs the compression ignition combustion. If the predetermined condition is not satisfied, the combustion mode switching means is controlled so as to cause the engine to perform the spark ignition combustion, and if the monitored storage amount is smaller than a predetermined storage amount threshold, A control step of making the predetermined condition stricter than in the case of a large power output device.
エンジンと、該エンジンの出力の少なくとも一部を用いて発電可能であると共に駆動軸を介して駆動力を出力可能なモータジェネレータ装置と、該モータジェネレータ装置により充電可能であると共に前記モータジェネレータ装置に電源供給可能な蓄電装置と、前記エンジンにおける火花点火燃焼及び圧縮自着火燃焼を切り替える燃焼形態切替手段とを備えた動力出力装置を制御する制御方法であって、
前記エンジンの排気側における触媒温度を検出又は推定する温度特定工程と、前記検出又は推定された触媒温度が所定の温度閾値より低い場合には、前記エンジンにおける前記圧縮自着火燃焼を禁止し、前記検出又は推定された触媒温度が前記温度閾値より高い場合には、前記エンジンにおける前記圧縮自着火燃焼を禁止しないように前記燃焼形態切替手段を制御する制御工程と、
前記検出又は推定された触媒温度が前記温度閾値より低い場合には、前記エンジンに要求されている出力より大きい出力を出すように前記エンジンを制御する制御工程と
を備えたことを特徴とする動力出力装置の制御方法。
An engine, a motor generator capable of generating power using at least a part of the output of the engine and capable of outputting a driving force via a drive shaft, and a motor generator capable of being charged by the motor generator and having A control method for controlling a power output device including: a power storage device capable of supplying power; and combustion mode switching means for switching between spark ignition combustion and compression ignition combustion in the engine,
A temperature identification step of detecting or estimating the catalyst temperature on the exhaust side of the engine, and when the detected or estimated catalyst temperature is lower than a predetermined temperature threshold, prohibits the compression ignition combustion in the engine; When the detected or estimated catalyst temperature is higher than the temperature threshold, a control step of controlling the combustion mode switching means so as not to prohibit the compression ignition combustion in the engine;
A control step of controlling the engine to output an output greater than the output required for the engine when the detected or estimated catalyst temperature is lower than the temperature threshold. Output device control method.
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