JP2005220756A - 車輌の暖機制御用運転制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車輌に於ける内燃機関の負荷を増大させても発電される電力が蓄電器の蓄電状態によって最早吸収できない場合にも、車輌の暖機促進或いは維持を合理的に実行することのできる車輌の暖機制御用運転制御装置を提供する。
【解決手段】蓄電器の蓄電量が所定値以上であって、内燃機関の冷却水温度が所定値以下であるとき、内燃機関の作動点を等出力線に沿って回転数が増大する側に偏倚させると共に、車輪回転数に対する内燃機関回転数の比を増大させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、車輌の暖機を促進し或は維持する制御を行う運転制御装置に係る。

近年、大気環境保全の重要性が増す中、車輌の分野に於いては、駆動システムのハイブリッド化およびエコラン化が進行している。しかし、車輌の駆動システムがハイブリッド化或いはエコラン化されたとき、車輌運行中に運転を一時停止された内燃機関の温度が下がり過ぎると、内燃機関の再始動性が劣化し、また再始動後暫くは機関出力が不十分となったり、また燃費が悪化して燃料経済性が損なわれ、また燃料の不完全燃焼により却って大気汚染が増大する恐れがある。

ハイブリッド車に於ける機関暖機の問題に関しては、下記の特許文献１に、機関暖機時に蓄電器の蓄電能力に余地があれば、機関を定トルクにて運転し、蓄電器の充電を行いつつ機関暖機を早めることが提案されている。また下記の特許文献２には、機関温度が低いほど機関始動後のアイドル運転時に機関負荷をより大きく増大させ、機関暖機の促進を図ることが提案されている。また下記の特許文献３には、機関温度が低いときには電動機を用いない運転を行って機関の暖機促進を図りつつ蓄電器の充電を行うことが提案されている。また下記の特許文献４には、機関温度が所定値以下のときには、発電機の負荷制御により機関出力を制御して機関暖機を図ることが提案されている。また下記の特許文献５には、触媒の暖機が要求されたとき、機関出力を通常以上に増大させ、増大した機関負荷はこれを発電量の増大に変えて蓄電器に貯えることが提案されている。
特開２０００-２９７６６９号公報 特開平１１-２２３１４０号公報 特開２００１-１０７７６５号公報 特開２００１-２２７３７４号公報 特開２０００-１１０６０４号公報

本発明は、車輌に於ける内燃機関の暖機の促進或いは維持に際し、機関負荷を増大させても、それに伴って発電される電力が蓄電器の蓄電状態によって最早吸収できない場合にも、暖機促進或いは維持を合理的に実行することのできる車輌の暖機制御用運転制御装置を提供すること課題としている。

上記の課題を解決するものとして、本発明は、内燃機関と、該内燃機関が発生した動力から発電を行う発電機と、該発電機が発生した電力を貯える蓄電器と、車輪回転数に対する内燃機関回転数の比を可変に制御する回転数比制御手段とを有する車輌の運転制御装置にして、前記蓄電器の蓄電量が所定値以上であって、前記内燃機関の冷却水温度が所定値以下であるとき、該内燃機関の作動点を実質的に等出力線に沿って回転数が増大する側に偏倚させると共に前記回転数比制御手段により前記比を増大させる制御を行うことを特徴とする運転制御装置を提案するものである。

前記回転数比制御手段は前記内燃機関と車輪の間に設けられた差動歯車装置とそれに連結された回転負荷手段であってよく、前記比を増大させる制御は前記回転負荷手段の回転抵抗を低減する制御であってよい。

或はまた、前記回転数比制御手段は前記内燃機関と車輪の間に設けられた変速機であってよく、前記比を増大させる制御は前記変速機の変速比を増大させる制御であってよい。

上記の如く、内燃機関と、該内燃機関が発生した動力から発電を行う発電機と、該発電機が発生した電力を貯える蓄電器と、車輪回転数に対する内燃機関回転数の比を可変に制御する回転数比制御手段とを有する車輌の運転制御装置が、前記蓄電器の蓄電量が所定値以上であって、前記内燃機関の冷却水温度が所定値以下であるとき、該内燃機関の作動点を実質的に等出力線に沿って回転数が増大する側に偏倚させると共に前記回転数比制御手段により前記比を増大させる制御を行うようになっていれば、機関の暖機促進または維持のために内燃機関の出力を上げても、過剰な機関出力を電力に変えて蓄電器に電力として貯えることができない状態に於いて、車速に変更をきたすことなく内燃機関の回転数を増大させ、内燃機関の回転数の増大により内燃機関内のシリンダ／ピストン間の接触部やクランク機構の摩擦係合部に於ける摩擦による発熱量を増大させ、温度低下が摩擦抵抗の増大を招く点で特に問題となるこれらの摩擦係合部の暖機を早め或は効果的に維持することができる。

内燃機関を動力源の少なくとも一部とする車輌に於いては、車輪回転数に対する内燃機関回転数の比を可変に制御する回転数比制御手段が設けられている。かかる回転数比制御手段が、内燃機関と車輪の間に設けられた差動歯車装置とそれに連結された回転負荷手段であるときには、該回転負荷手段の回転抵抗を低減することにより車輪回転数に対する内燃機関回転数の比を増大させることができるので、車速に変更をきたすことなく内燃機関の回転数を増大させ、上記の摩擦係合部に於ける摩擦熱の発生量を増大させることができる。また、かかる回転数比制御手段が内燃機関と車輪の間に設けられた変速機であるときにも、変速機の変速比を増大させる制御により、車速に変更をきたすことなく内燃機関の回転数を増大させ、上記の摩擦係合部に於ける摩擦熱の発生量を増大させることができる。

図１は本発明による車輌の暖機制御用運転制御装置をハイブリッド車に組み込んだ一つの実施の形態を示す概略図である。図に於いて、１は内燃機関であり、２は一対の駆動輪である。内燃機関１のクランク軸３は、遊星歯車機構よりなる動力分配装置４を介して、発電機５と電動機６に連結されている。（発電機５と電動機６はいずれも電動発電機であってもよい。）動力分配装置４は、遊星歯車機構のキャリアにて内燃機関のクランク軸３と連結され、サンギヤにて発電機５と連結され、リングギヤにて電動機６と連結されたものであり、更に電動機６との連結部にてそこに設けられた歯車７とそれに噛み合う差動歯車装置８を介して一対の駆動輪２と連結されている。尚、途中の各軸部材は自明のため説明を省略する。発電機５と電動機６はいずれも交流仕様のものであり、交流と直流の間の変換を行うインバータ９を介して蓄電器１０と電気的に接続されている。

１１はターボチャージャであり、内燃機関１の排気マニホールド１２を経て排出される排気によりタービン１３を駆動することによりこれと連結されたポンプ１４を駆動し、吸気マニホールド１５へ向けて送られる吸気を加圧して機関の過給を行うようになっている。タービン１３を出た排気は触媒コンバータ１６を備えた排気系を経て排出される。１７はターボチャージャの吸気吸込み口に設けられエアクリーナである。

内燃機関１と発電機５と電動機６の作動は車輌運転制御装置１８により制御される。車輌運転制御装置１８は、マイクロコンピュータを備え、そこに組み込まれた制御プログラムと車輌の運行状態に関する種々の情報に基づいて制御計算を行い、それに基づいて内燃機関をはじめとする車輌の種々の作動装置を制御するものであり、その基本的構成は既に周知のものである。本発明による暖機制御用運転制御装置は、車輌運転制御装置１８内にその一部として組み込まれている。車輌運転制御装置１８には、特に、図には示されていない機関回転数センサ、車速センサ、機関温度センサ、アクセルペダルより、それぞれ機関回転数、車速、機関温度（例えば機関冷却水温度）、アクセル開度を示す信号が供給されており、また蓄電器１０より蓄電器の充電状態を示す信号が供給されている。

車輌運転制御装置１８は、これらの各信号に基づいて制御計算を行い、吸気絞り装置１９および燃料噴射装置２０を操作して内燃機関の運転を制御し、蓄電器１０の充電状態に応じて発電機５を作動させて蓄電器１０の充電を行い、また電動機６の作動を制御して車輌のハイブリッド運転を行う。

図２は、本発明の暖機制御用運転制御装置による内燃機関の暖機制御を一つの実施の形態について示すフローチャートである。かかるフローチャートに従った制御は、図には示されていない車輌のイグニションスイッチが閉成され、車輌の運転が開始されると同時に開始され、車輌の運転継続中数１０〜数１００ミリセカンドの周期にて繰り返し行われる。

制御が開始されると、ステップ１にて車速が或る設定された所定値以上であるか否かが判断される。ここでの所定値は、車輌がそれ以上の車速にて運転されているときには、内燃機関の暖機状態の如何にかかわらず、本発明による暖機運転制御は行わないような比較的高い車速値であってよい。答がノーであれば、制御はステップ２へ進む。

ステップ２に於いては、アクセル開度が或る設定された所定値以上であるか否かが判断される。ここでの所定値も、或るかなり大きなアクセル開度値であり、車輌がそれ以上のアクセル開度にて運転されているときには、内燃機関の暖機状態の如何にかかわらず、本発明による暖機運転制御は行わないような値である。答がノーであれば、制御はステップ３へ進む。

ステップ３に於いては、内燃機関の冷却水温が或る設定された所定値以上であるか否かが判断される。ここでの所定値は、内燃機関の冷却水温がこれ以下のとき本発明による暖機制御を行うような機関の冷温状態を示す温度値である。答がノーであれば、制御はステップ４へ進む。

ステップ４に於いては、車輌の一時停車中に内燃機関を停止させるエコランの実施が禁止される。次いで制御はステップ５へ進み、蓄電器の蓄電状態値（ＳＯＣ）が或る設定された所定値以上であるか否かが判断される。ここでの所定値は、蓄電器がもうそれ以上充電ができない満充電状態であることを示す蓄電状態値である。答がノーであれば、制御はステップ６へ進み、内燃機関の出力を増大させると同時に発電機の負荷も増大させることが行われ、これによってアクセルペダルからの運転者による出力指令に基づき車輪へ供給される動力の大きさに変更を来たすことなく、機関負荷の増大による機関暖機の促進または維持が図られる。但し、かかる制御自身は既に公知であり、本発明の一部ではない。

一方、ステップ５の答がイエスであれば、制御はステップ７進み、機関の作動点を等出力線に沿って高回転数側へ偏倚させると同時に、車輪回転数に対する機関回転数の比を増大させる制御が行われる。これは、車輌の駆動系が図１に示したようなハイブリッドシステムでは、発電機５により動力分配装置４のサンギヤに加えられる制動作用を弛める制御によって行われてよく、また特に図示はされていないが、車輌の駆動系が変速機を備えていれば、変速機の変速比を上げる制御により行われてよい。いすれにしても、そのように機関の作動点を等出力線に沿って高回転数側へ偏倚させると同時に車輪回転数に対する機関回転数の比を増大させれば、アクセルペダルからの運転者による機関出力指令に対応して車輪へ供給される回転動力の大きさおよび速度に変更を来たすことなく、機関回転数を増大させることができる。機関回転数が増大すると、内燃機関内のシリンダ／ピストン間の接触部やクランク機構の摩擦係合部に於ける摩擦による発熱量が増大し、機関暖機を促進しまたは維持する効果が得られる。

内燃機関の等出力線は、機関回転数Ｎｅと出力トルクＴｅを直交座標軸とする座標系で見ると、通常の機関運転域に於いては、概略図３に例示する如き態様に分布する。尚、図３には参考のため等燃費線の分布も示されている。これより分かる通り、かかる通常の機関運転域に於いては、等出力線に沿って機関回転数が増大されると、燃費は悪化する。しかし、この場合の作動点の偏倚は暖機の促進または維持のために一時的に行われるものであり、しかも燃費の悪化は機関運転に伴う発熱量の増加をもたらし、暖機に寄与するので、許容されてよいものである。

尚、機関作動点の等出力線に沿う偏倚については、その結果、機関回転速度が増大し、上記の摩擦係合部に於ける摩擦の増大により機関負荷は幾分増大するので、より厳密には、等出力線に沿う機関作動点の偏倚は、この点を考慮して、出力が幾分増大ずる側にずらされるのが好ましい。請求項に記載の、内燃機関の作動点を実質的に等出力線に沿って回転数が増大する側に偏倚させる、との記載に於ける「実質的に」とは、この点を考慮に含ませることと、暖機制御によって車輪に与えられる動力の大きさと回転数に多少の変化が生じても、それが運転上全く差し支えない範囲のものであれば、発明の範囲内であることを意味するものである。

ステップ３の答がイエスのときには、制御はステップ８へ進み、エコランが許可されてよい。

以上に於いては本発明を一つの実施の形態について詳細に説明したが、かかる実施の形態について本発明の範囲内にて種々の変更が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

本発明による暖機制御用運転制御装置をハイブリッド車に組み込んだ一つの実施の形態を示す概略図。 本発明の暖機制御用運転制御装置による内燃機関の暖機制御を一つの実施の形態について示すフローチャート。 内燃機関の等出力線と等燃費線の分布を機関回転数Ｎｅと出力トルクＴｅを直交座標軸とする座標系に於いて例示する図。

符号の説明

１…内燃機関、２…駆動輪、３…クランク軸、４…動力分配装置、５…発電機、６…電動機、７…歯車、８…差動歯車装置、９…インバータ、１０…蓄電器、１１…ターボチャージャ、１２…排気マニホールド、１３…タービン、１４…ポンプ、１５…吸気マニホールド、１６…触媒コンバータ、１７…エアクリーナ、１８…車輌運転制御装置、１９…吸気絞り装置、２０…燃料噴射装置

Claims (3)

1. 内燃機関と、該内燃機関が発生した動力から発電を行う発電機と、該発電機が発生した電力を貯える蓄電器と、車輪回転数に対する内燃機関回転数の比を可変に制御する回転数比制御手段とを有する車輌の運転制御装置にして、前記蓄電器の蓄電量が所定値以上であって、前記内燃機関の冷却水温度が所定値以下であるとき、該内燃機関の作動点を実質的に等出力線に沿って回転数が増大する側に偏倚させると共に前記回転数比制御手段により前記比を増大させる制御を行うことを特徴とする運転制御装置。
2. 前記回転数比制御手段は前記内燃機関と車輪の間に設けられた差動歯車装置とそれに連結された回転負荷手段であり、前記比を増大させる制御は前記回転負荷手段の回転抵抗を低減する制御であることを特徴とする請求項１に記載の運転制御装置。
3. 前記回転数比制御手段は前記内燃機関と車輪の間に設けられた変速機であり、前記比を増大させる制御は前記変速機の変速比を増大させる制御であることを特徴とする請求項１に記載の運転制御装置。
   

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