JP2005282431A - ハイブリッド車両制御装置及びそれを搭載した車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 ハイブリッド車両において触媒が高温リーン雰囲気に晒されるのを防止すると共にエンジンから出力される動力とエンジンへの要求動力とを一致させることができる。
【解決手段】 エンジンへの要求動力がゼロでないときには（Ｓ３２０でＮＯ）、空気量の嵩上げを実行しないため（Ｓ３３０）、エンジンへの要求動力とエンジンから出力される動力とを一致させることができる。また、エンジンへの要求動力がゼロのときには（Ｓ３２０でＹＥＳ）、空気量を嵩上げし（Ｓ３４０）、エンジンを無負荷運転とするため、空気量を嵩上げしたとしても出力される動力が変動することはなく、しかも空気量が増えるとその空気量に見合った燃料噴射量が目標空燃比に基づいて求められることから燃料噴射量も増えることになり排気がリーン雰囲気にならないため、排気浄化触媒が高温リーン雰囲気に晒されるのを防止することができる。
【選択図】 図７

Description

本発明は、ハイブリッド車両制御装置及びそれを搭載した車両に関する。

従来より、車両制御装置において、スロットルバルブが全閉でエンジン回転速度が所定値以上のとき（例えば坂を下っているときのような減速時）、燃料消費率の向上を図るために燃料噴射を一時的に停止する燃料カットを行うものが知られている。この種の燃料カットを行う車両制御装置では、エンジンの排気系に設けられた触媒の温度が高いときには、触媒が高温リーン雰囲気に晒されると劣化しやすいことを考慮して、減速時の燃料カットを禁止することも提案されている（特許文献１参照）。
特開平１０−２５２５３２号公報

ところで、燃料カットを禁止するための一手法として、触媒の温度が高いときに絶えず空気量を嵩上げすることが考えられる。こうすれば、触媒が高温のときにはスロットルバルブが全閉にならないため触媒カットが実行されず、触媒が高温リーン雰囲気に晒されることはなくなる。しかし、運転状態に応じてエンジンとモータの一方又は両方を利用して車両を駆動するハイブリッド車両にこの手法を適用しようとすると、以下のような課題が生じる。即ち、ハイブリッド車両では、運転状態に応じてエンジンへの要求動力を決定し、その要求動力に合致した動力がエンジンから出力されるよう制御を行っているが、空気量を嵩上げするとエンジンから出力される動力が上がるため、実際にエンジンから出力される動力とエンジンへの要求動力との間にズレが生じてしまうという課題である。

本発明は、この課題を解決するためになされたものであり、ハイブリッド車両において触媒が高温リーン雰囲気に晒されるのを防止すると共にエンジンから出力される動力とエンジンへの要求動力とを一致させることができる車両制御装置を提供することを目的の一つとする。また、そのような車両制御装置を搭載した車両を提供することを目的の一つとする。

本発明は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。

本発明のハイブリッド車両制御装置は、運転状態に応じてエンジンとモータの一方又は両方を利用して車両を駆動するハイブリッド車両の制御装置であって、
前記エンジンへの空気量を調節する空気量調節手段と、
前記エンジンへの燃料噴射量を調節する燃料噴射量調節手段と、
前記エンジンからの排気を浄化する排気浄化触媒と、
運転状態に応じて前記エンジンへの要求動力を決定する要求動力決定手段と、
前記エンジンへの要求動力が該エンジンから出力されるように空気量及び燃料噴射量を前記空気量調節手段及び前記燃料噴射量調節手段によって調節するエンジン制御手段と、
空気量が所定の下限域に入ることを条件の一つとする燃料カット条件が成立したときに燃料噴射量をカットする燃料カット実行手段と、
前記エンジンへの要求動力がゼロでないときには空気量の嵩上げを実行せず、前記エンジンへの要求動力がゼロのときには空気量の嵩上げを実行すると共に前記エンジンを無負荷運転とする空気量制御手段と、
を備えたものである。

本発明のハイブリッド車両制御装置では、エンジンへの要求動力がゼロでないときには空気量の嵩上げを実行せず、エンジンへの要求動力がゼロのときには空気量の嵩上げを実行すると共にエンジンを無負荷運転とする。このように、エンジンへの要求動力がゼロでないときには、空気量の嵩上げを実行しないためエンジンへの要求動力とエンジンから出力される動力とを一致させることができる。また、エンジンへの要求動力がゼロのときには、エンジンを無負荷運転とするため空気量を嵩上げしたとしても出力される動力が変動することはなく、しかも空気量が増えるとその空気量に見合った燃料噴射量が目標空燃比に基づいて求められることから燃料噴射量も増えることになり排気がリーン雰囲気にならないため、排気浄化触媒が高温リーン雰囲気に晒されるのを防止することができ、結果として排気浄化触媒の劣化を防止することができる。

本発明のハイブリッド車両制御装置は、前記排気浄化触媒の温度を検出する触媒温度検出手段、を備え、前記空気量制御手段は、前記エンジンへの要求動力がゼロでないときには空気量の嵩上げを実行せず、前記エンジンへの要求動力がゼロで且つ前記触媒温度検出手段によって検出された触媒温度が予め定められた高温域に入るときには空気量の嵩上げを実行すると共に前記エンジンを無負荷運転してもよい。空気量の嵩上げを行うとそれに応じて燃料消費量も嵩上げされるが、エンジンへの要求動力がゼロであっても触媒温度が高温域に入らないときには空気量の嵩上げを実行しないため、エンジンへの要求動力がゼロであれば触媒温度にかかわらず空気量の嵩上げを実行する場合に比べて燃費の点で有利である。

本発明のハイブリッド車両制御装置において、前記要求動力決定手段は、運転状態に応じて前記エンジンへの要求動力を一旦決定したあと該要求動力が予め定められた最小要求動力を下回るときには該要求動力をゼロに変更してもよい。こうすれば、要求動力が最小要求動力を下回るときにはエンジン効率のよくないことが多いため、エンジンの要求動力をゼロとするのが好ましい。

本発明のハイブリッド車両制御装置において、前記空気量制御手段は、空気量の嵩上げにつき、前記エンジンが失火しない限界付近の空気量を決定し該決定した空気量となるように嵩上げを行ってもよい。こうすれば、空気量を必要最小限だけ嵩上げするため、空気量を嵩上げしたとしても多くの燃料を無駄に消費することがない。

本発明のハイブリッド車両制御装置は、前記エンジンの出力軸と第１のモータジェネレータに接続された連繋軸と第２のモータジェネレータに接続された前記車両の駆動軸の３軸のうちいずれか２軸に入出力された動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段、を備え、前記エンジンの無負荷運転は前記第１のモータジェネレータのロータの回転抵抗をゼロにして前記連繋軸を空転させることにより実現してもよい。第１のモータジェネレータのロータの回転抵抗をゼロにして連携軸を空転させれば、エンジンと車両の駆動軸はつながりが切れた状態つまりニュートラルの状態になるため、エンジンの無負荷運転つまり自立運転を実現することができ、エンジンの空気量を嵩上げしたとしてもエンジンから出力される動力が変動することはない。

本発明の車両は、上述したハイブリッド車両制御装置を搭載しているため、エンジンへの要求動力がゼロでないときには空気量の嵩上げを実行せず、エンジンへの要求動力がゼロのときには空気量の嵩上げを実行すると共にエンジンを無負荷運転とする。このように、エンジンへの要求動力がゼロでないときには、空気量の嵩上げを実行しないためエンジンへの要求動力とエンジンから出力される動力とを一致させることができる。また、エンジンへの要求動力がゼロのときには、エンジンを無負荷運転にするため空気量を嵩上げしたとしても出力が変動することがなく、しかも空気量が増えるとその空気量に見合った燃料噴射量が目標空燃比に基づいて求められることから燃料噴射量も増えることになり排気がリーン雰囲気にならないため、排気浄化触媒が高温リーン雰囲気に晒されるのを防止することができ、結果として排気浄化触媒の劣化を防止することができる。

図１は本発明の一実施形態であるハイブリッド車両１０の構成の概略を示す構成図であり、図２は実施形態のハイブリッド車両１０が搭載するエンジン２０の構成の概略を示す構成図である。

ハイブリッド車両１０は、図１に示すように、燃料を燃焼した燃焼エネルギを運動エネルギに変換するエンジン２０と、エンジンシステム全体をコントロールするエンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）５０と、エンジン２０の出力軸としてのクランクシャフト２７に接続された３軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１，ＭＧ２と、モータＭＧ１，ＭＧ２の発電及び駆動を制御するモータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）１４と、モータＭＧ１，ＭＧ２と電力のやりとりを行うバッテリ４５と、バッテリ４５の充電状態を監視するバッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）４６と、動力分配統合機構３０に接続された軸にチェーンベルト１５を介して接続された駆動軸１７と、ハイブリッドシステム全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット（ハイブリッドＥＣＵ）７０とを備える。なお、駆動軸１７はデファレンシャルギヤ１８を介して駆動輪１９，１９に接続されている。また、ハイブリッド車両１０は、図２に示すように、更にエンジン２０の下流側に、排気を浄化する触媒コンバータ６０、触媒コンバータ６０に充填された排気浄化触媒６１の温度を検出する触媒温度センサ６３などを備える。

エンジン２０は、例えばガソリンなどの炭化水素系の燃料により動力を出力可能な内燃機関として構成されており、エアクリーナ２１により清浄された空気をスロットルバルブ２２（空気量調節手段）を介して吸入すると共にインジェクタ２３（燃料噴射量調節手段）からガソリンを噴射して吸入された空気とガソリンとを混合し、この混合気を吸気バルブ２４を介して燃焼室に吸入し、点火プラグ２５による電気火花によって爆発燃焼させた燃焼エネルギにより押し下げられるピストン２６の往復運動をクランクシャフト２７が回転する運動エネルギに変換する。このクランクシャフト２７には１０°ＣＡごとにパルスを出力するクランク角センサ６７が取り付けられている。スロットルバルブ２２は、吸気管の断面に対する傾斜角度（開度）が変化することにより吸気管を通過する空気量を調節するバルブであり、スロットルモータ２２ａにより電気的に開度が変化するように構成されている。このスロットルバルブ２２の開度は、スロットルポジションセンサ２２ｂからエンジンＥＣＵ５０へ出力される。なお、エンジン２０からの排気は、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ），窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する触媒コンバータ６０を介して車外へ排出される。

触媒コンバータ６０は、排気管６４に接続され排気浄化触媒６１が充填されたものであり、触媒温度センサ６３により触媒床の温度が検出される。排気浄化触媒６１として用いられる三元触媒は、白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）などの酸化触媒と、ロジウム（Ｒｈ）などの還元触媒と、セリア（ＣｅＯ₂）などの助触媒などで構成される。そして、酸化触媒の作用により排気に含まれるＣＯやＨＣが水（Ｈ₂Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ₂）に浄化され、還元触媒の作用により排気に含まれるＮＯｘが窒素（Ｎ₂）や酸素（Ｏ₂）などに浄化される。この三元触媒では、混合気の空燃比が理論空燃比近傍のいわゆるウインドウ領域のときに還元触媒によるＮＯｘの吸着・分解反応とその際に生成する酸化成分によるＨＣ，ＣＯの酸化反応とがバランスよく進み、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘのすべてに対して高い浄化率を示す。ここで、ＣｅＯ₂は、セリウム（Ｃｅ）の価数が３価と４価との間で可逆的に変化する性質を持つため、排気がリーン雰囲気のときには３価から４価に変化して排気から酸素を吸蔵し、排気がリッチ雰囲気のときには４価から３価に変化して排気へ酸素を放出する。これにより、酸化触媒や還元触媒の近傍の雰囲気が大きく変動することがないので、結果的にウインドウ領域が拡がる。なお、排気浄化触媒６１は、高温（例えば８００℃以上）でリーン雰囲気に晒されると浄化機能が低下することはよく知られているが、これは酸化触媒や還元触媒が粒成長して表面積が低下することが一因と考えられる。

エンジンＥＣＵ５０は、ＣＰＵ５２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶したＲＯＭ５４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ５６と、入出力ポート（図示せず）とを備える。このエンジンＥＣＵ５０は、エンジン２０の状態を検出する種々のセンサからの信号が入力ポートを介して入力されている。具体的には、エンジンＥＣＵ５０には、エンジン２０の吸入空気量を検出するエアフローメータ２８からの吸入空気量、スロットルポジションセンサ２２ｂからのスロットル開度、触媒温度センサ６３からの触媒温度、クランク角センサ６７からのパルス信号などが入力ポートを介して入力されている。また、エンジンＥＣＵ５０からは、エンジン２０を駆動するための種々の制御信号が図示しない出力ポートを介して出力されている。具体的には、エンジンＥＣＵ５０からは、スロットルモータ２２ａへの駆動信号、インジェクタ２３への駆動信号、点火プラグ２５の着火を行うイグナイタと一体化されたイグニションコイル２９への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。なお、エンジンＥＣＵ５０は、ハイブリッドＥＣＵ７０と電気的に接続され、ハイブリッドＥＣＵ７０からの制御信号によりエンジン２０を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２０の運転状態に関するデータをハイブリッドＥＣＵ７０に出力する。このエンジンＥＣＵ５０が本発明のエンジン制御手段、燃料カット実行手段及び空気量制御手段に相当する。

動力分配統合機構３０は、モータＭＧ１に接続されたサンギヤ３１、モータＭＧ２に接続されたリングギヤ３２、サンギヤ３１及びリングギヤ３２と噛合する複数のピニオンギヤ３３及びエンジン２０のクランクシャフト２７に接続されピニオンギヤ３３を自転且つ公転自在に保持するキャリア３４を回転要素として差動作用を行う遊星歯車機構として構成されている。この動力分配統合機構３０は、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはエンジン２０からの動力をモータＭＧ１側と駆動軸側にそのギヤ比に応じて分配し、モータＭＧ２が電動機として機能するときにはエンジン２０からの動力とモータＭＧ２からの動力を統合して駆動軸に出力する。

モータＭＧ１及びモータＭＧ２は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ４１，４２を介してバッテリ４５と電力のやりとりを行う。インバータ４１，４２とバッテリ４５とを接続する電力ライン５８は、各インバータ４１，４２が共用する正極母線及び負極母線として構成されており、モータＭＧ１，ＭＧ２の一方で発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。また、バッテリ４５は、モータＭＧ１，ＭＧ２から生じた電力により充電されたりモータＭＧ１，ＭＧ２に不足する電力を供給したりする。モータＭＧ１，ＭＧ２は、共にモータＥＣＵ１４により運転制御されている。モータＥＣＵ１４は、モータＭＧ１，ＭＧ２を運転制御するために必要な信号、例えばモータＭＧ１，ＭＧ２のロータの回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流等が入力されており、モータＥＣＵ１４からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ１４は、回転位置検出センサ４３，４４から入力した信号に基づいて図示しない回転数算出ルーチンによりモータＭＧ１，ＭＧ２のロータの回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を計算している。この回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、モータＭＧ１がサンギヤ３１に接続されていると共にモータＭＧ２がリングギヤ３２に接続されていることから、サンギヤ軸３１ａの回転数Ｎｓやリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒと一致する。モータＥＣＵ１４は、ハイブリッドＥＣＵ７０と通信しており、ハイブリッドＥＣＵ７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を運転制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをハイブリッドＥＣＵ７０に出力する。

バッテリ４５は、ここではニッケル水素バッテリを採用しており、モータＭＧ１，ＭＧ２へ電力を供給したり減速時にモータＭＧ１，ＭＧ２からの回生エネルギを電力として蓄えたりする役割を果たす。バッテリＥＣＵ４６には、バッテリ４５を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ４５の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧、バッテリ４５の出力端子に接続された電力ラインに取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流、バッテリ４５に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度などが入力されており、必要に応じてバッテリ４５の状態に関するデータを通信によりハイブリッドＥＣＵ７０に出力する。なお、バッテリＥＣＵ４６では、バッテリ４５を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値や電圧センサにより検出された端子間電圧に基づいて残容量（ＳＯＣ）も演算している。

ハイブリッドＥＣＵ７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶したＲＯＭ７４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ７６と、入出力ポート（図示せず）とを備える。ハイブリッドＥＣＵ７０には、シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度ＡＰ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッドＥＣＵ７０は、エンジンＥＣＵ５０やモータＥＣＵ１４と各種制御信号やデータのやりとりを行っている。なお、図示しない電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいてバッテリ４５の残容量（ＳＯＣ）も演算している。このハイブリッドＥＣＵ７０が要求動力決定手段に相当する。

次に、こうして構成された本実施形態のハイブリッド車両１０のハイブリッドＥＣＵ７０によって実行されるハイブリッド制御ルーチンと、エンジンＥＣＵ５０によって実行されるエンジン制御ルーチンについて説明する。

まず、ハイブリッドＥＣＵ７０によって実行されるハイブリッド制御ルーチンについて図３のフローチャートに基づいて説明する。ハイブリッド制御ルーチンは所定タイミングごとに繰り返し実行される。このルーチンが実行されると、ハイブリッドＥＣＵ７０のＣＰＵ７２は、まず、アクセル開度ＡＰや車速Ｖ、バッテリＥＣＵ４６により演算される残容量（ＳＯＣ（State of charge））など制御に必要な信号を入力し（ステップＳ１００）、入力したアクセル開度ＡＰと車速Ｖとに基づいてリングギヤ軸３２ａに要求される要求動力Ｐｒ＊を設定する（ステップＳ１１０）。ここで、要求動力Ｐｒ＊は、アクセル開度ＡＰと車速Ｖと要求トルクＴｒ＊との関係を予め求めてトルク設定マップとしてハイブリッドＥＣＵ７０のＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度ＡＰと車速Ｖとが与えられると、トルク設定マップから対応する要求トルクＴｒ＊を導出し、これとリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒ（車速Ｖと換算係数ｒを乗じたもの）との積として算出するものとした。なお、トルク設定マップの一例を図４に示す。

続いて、バッテリ４５の充放電量Ｐｂ＊（充電側を正とする）を設定する（ステップＳ１２０）。バッテリ４５の充放電量Ｐｂ＊は、基本的にはバッテリ４５のＳＯＣが適正値（例えば６０〜７０％）となるように設定される。要求動力Ｐｒ＊と充放電量Ｐｂ＊とが設定されると、両者の和をとりエンジン２０が出力すべき要求動力Ｐｅ＊を設定する（ステップＳ１３０）。

続いて、エンジン２０への要求動力Ｐｅ＊が予め定められた最小要求動力Ｐｒｅｆ以上か否かを判定する（ステップＳ１４０）。ここで、最小要求動力Ｐｒｅｆは、エンジン２０が最小要求動力Ｐｒｅｆを下回る動力を出力するとすればハイブリッド車両１０のシステム全体の効率が低下することを考慮して経験的に定められた値である。このステップＳ１４０で要求動力Ｐｅ＊が最小要求動力Ｐｒｅｆ以上のときには、要求動力Ｐｅ＊を出力可能なエンジン２０の運転ポイント（トルクと回転数により定まるポイント）のうちエンジン２０が最も効率よく運転できる最適運転ポイントをエンジン２０の目標トルクＴｅ＊、目標回転数Ｎｅ＊として設定する（ステップＳ１５０）。要求動力Ｐｅ＊を出力可能な運転ポイントのうちエンジン２０が効率よく運転できる最適運転ポイントを目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊として設定する様子を図５に示す。図中、曲線Ａはエンジン最適動作ラインであり、曲線Ｂは要求動力Ｐｅ＊における動力一定曲線である。ここで、動力はトルクと回転数の積で表されるから、動力一定曲線Ｂは反比例型のグラフになる。図示するように、エンジン最適動作ラインＡと要求動力Ｐｅ＊の動力一定曲線Ｂとの交点である最適運転ポイントでエンジン２０を運転すれば、エンジン２０から要求動力Ｐｅ＊を効率よく出力することができる。ここでは、要求動力Ｐｅ＊と最適運転ポイントの関係を予め実験などにより求めてマップとしてハイブリッドＥＣＵ７０のＲＯＭ７４に記憶しておき、要求動力Ｐｅ＊が与えられるとマップから対応する最適運転ポイントの回転数とトルクとを導出して目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊として設定するものとした。

目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊とが設定されると、エンジン２０の目標回転数Ｎｅ＊とリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒと動力分配統合機構３０のギヤ比ρ（サンギヤ３１の歯数／リングギヤ３２の歯数）とにより次式（１）を用いてモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を設定し（ステップＳ１６０）、エンジン２０の目標トルクＴｅ＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとにより次式（２）を用いてモータＭＧ１の目標トルクＴｍ１＊を設定すると共にエンジン２０の目標トルクＴｅ＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρと要求トルクＴｒ＊とにより次式（３）を用いてモータＭＧ２の目標トルクＴｍ２＊を設定する（ステップＳ１７０）。
Ｎｍ１＊＝（１＋ρ）×Ｎｅ＊／ρ−Ｎｒ／ρ … （１）
Ｔｍ１＊＝−Ｔｅ＊×ρ／（１＋ρ） … （２）
Ｔｍ２＊＝Ｔｒ＊−Ｔｅ＊×１／（１＋ρ） … （３）

図６はこのときの共線図である。この共線図では縦軸は各回転軸の回転数を表し横軸は各ギヤのギヤ比を表す。サンギヤ軸３１ａ（図中のＳ）とリングギヤ軸３２ａ（図中のＲ）を両端に取り、この区間を１：ρに内分する位置をキャリア軸つまりクランクシャフト２７（図中のＣ）とし、各位置Ｓ，Ｃ，Ｒに対応して回転数Ｎｓ，Ｎｃ，Ｎｒをプロットする。動力分配統合機構３０は遊星歯車機構であるため、このようにプロットされた３点は同一直線上に並ぶという性質を有しており、この直線を動作共線という。したがって、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。リングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒ（モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２）は車速Ｖに基づいて決まるので、キャリア軸の回転数Ｎｃ（エンジン２０の回転数Ｎｅ）が決まればサンギヤ軸３１ａの回転数Ｎｓ（モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１）が比例配分によって決まり、前式（１）のようになる。また、各回転軸のトルクを動作共線に働く力に置き換えて示すと、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。ここで、エンジン２０のクランクシャフト２７に作用するトルクＴｅを位置Ｃで動作共線に上向きのベクトルとして表し、リングギヤ軸３２ａに作用するトルクＴｒを位置Ｒで下向きのベクトルとして表す。なお、ベクトルの方向は作用させるトルクの方向を表す。このとき、剛体に作用する力の分配法則に基づいてトルクＴｅを両端の位置Ｓ，Ｒに分配すると、位置Ｓでの分配トルクＴｅｓは上向きでＴｅ×ρ／（１＋ρ）という大きさとなり、位置Ｒでの分配トルクＴｅｒは上向きでＴｅ×ρ／（１＋ρ）という大きさになる。この状態で動作共線が剛体として釣り合いがとれているから、モータＭＧ１に作用すべきトルクＴｍ１は分配トルクＴｅｓと方向が逆で大きさが同じトルクとなり、モータＭＧ２に作用すべきトルクＴｍ２はトルクＴｒと分配トルクＴｅｒとの差分のトルクとなる。

さて、エンジン２０の目標トルクＴｅ＊、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊および目標トルクＴｍ１＊、モータＭＧ２の目標トルクＴｍ２＊を設定すると、これらの目標値をエンジンＥＣＵ５０，モータＥＣＵ１４に指令し（ステップＳ１９０）、本ルーチンを終了する。エンジンＥＣＵ５０やモータＥＣＵ１４はこれらの目標値に基づいてエンジン２０やモータＭＧ、１ＭＧ２の運転制御を行う。ここで、エンジン２０やモータＭＧ１，モータＭＧ２の運転制御は、具体的には、エンジンＥＣＵ５０は目標トルクＴｅ＊に見合うトルクがエンジン２０から出力されるようエンジン２０を制御し、モータＥＣＵ１４が目標トルクＴｍ１＊、目標回転数Ｎｍ１＊でモータＭＧ１が運転されるようモータＭＧ１を制御すると共に目標トルクＴｍ２＊に見合うトルクがモータＭＧ２から出力されるようモータＭＧ２を制御する。

一方、ステップＳ１４０でエンジン２０への要求動力Ｐｅ＊が予め定められた最小要求動力Ｐｒｅｆ未満のとき、エンジン２０の目標トルクＴｅ＊、モータＭＧ１の目標トルクＴｍ１＊を共にゼロに設定し、エンジン２０の目標回転数Ｎｅ＊をアイドル回転数Ｎｉに設定し、且つモータＭＧ２の目標トルクＴｍ２＊をＴｒ＊に設定し（ステップＳ１８０）、その後エンジン２０の目標トルクＴｅ＊及び目標回転数Ｎｅ＊、モータＭＧ１の目標トルクＴｍ１＊、モータＭＧ２の目標トルクＴｍ２＊をエンジンＥＣＵ５０及びモータＥＣＵ１４に指令し（ステップＳ１９０）、本ルーチンを終了する。このとき、エンジン２０の目標トルクＴｅ＊がゼロであるため要求動力Ｐｅ＊はゼロになる。また、モータＭＧ１の目標トルクＴｍ１＊はゼロであるためモータＭＧ１は無負荷運転（空回り）となり、エンジン２０の目標トルクＴｅ＊もゼロトルクであるためエンジン２０も無負荷運転（アイドル状態）となり、リングギヤ軸３２ａの目標トルクＴｒ＊はすべてモータＭＧ２によって賄われることになる。なお、モータＭＧ１の無負荷運転はモータＭＧ１のロータの回転抵抗がゼロになるようにインバータ４１を制御することにより実現される。

図８の実線で表した動作共線は、このときのものである。リングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒは車速Ｖに基づいて決まり、キャリア軸の回転数Ｎｃはアイドル回転数Ｎｉとなるため、残余の軸であるサンギヤ軸３１ａの回転数Ｎｓはその比例配分によって決まる。また、トルクＴｅ、Ｔｍ１はゼロであるため、トルクＴｍ２はリングギヤ軸３２ａに作用するトルクＴｒと方向が逆で大きさが同じとなる。

次に、エンジンＥＣＵ５０によって実行されるエンジン制御ルーチンについて図７のフローチャートに基づいて説明する。エンジン制御ルーチンは所定タイミングごと（例えば所定クランク角ごと）に繰り返し実行される。このルーチンが実行されると、エンジンＥＣＵ５０のＣＰＵ５２は、まず、エンジン２０がハイブリッドＥＣＵ７０から指令された目標トルクＴｅ＊を出力し目標回転数Ｎｅ＊で回転するような空気量を決定する（ステップＳ３００）。続いて、触媒温度センサ６３からの触媒温度を入力しその触媒温度が予め定められた高温域に入るか否かを判定する（ステップＳ３１０）。ここで、高温域は排気浄化触媒６１がリーン雰囲気に晒されたときに酸化触媒や還元触媒等の劣化が進行しやすい温度域を経験的に求めたものであり、例えば８００℃以上としてもよい。そして、触媒温度が高温域に入るときには、続いてハイブリッドＥＣＵ７０からエンジンＥＣＵ５０へ指令された要求動力Ｐｅ＊がゼロか否かを判定する（ステップＳ３２０）。ここで、要求動力Ｐｅ＊がゼロとは、エンジン２０の目標トルクＴｅ＊がゼロの場合やハイブリッドＥＣＵ７０から要求動力Ｐｅ＊が指令されなかった場合を含む。そして、要求動力Ｐｅ＊がゼロでないときには、エンジン２０からその要求動力Ｐｅ＊に見合った動力を出力すべくエンジン２０の制御を行う必要があるため、空気量の嵩上げを禁止する（ステップＳ３３０）。この場合に空気量の嵩上げを行うと、要求動力Ｐｅ＊を超える動力がエンジン２０から出力されてしまい、結果的に要求動力Ｐｅ＊と実際にエンジン２０から出力される動力との間にズレが生じることから、嵩上げを禁止する。一方、ステップＳ３２０で要求動力Ｐｅ＊がゼロだったときには、エンジン２０はアイドル状態であり無負荷運転状態（自立運転状態ともいう）であるから、ステップＳ３００で決定した空気量の嵩上げを行う（ステップＳ３４０）。ここで、空気量の嵩上げは、エンジン２０が失火しない限界付近の空気量を決定しその空気量となるように行う。嵩上げ後の空気量は、例えばアイドル状態の空気量を若干上回る量となる。なお、要求動力Ｐｅ＊がゼロのときにはエンジン２０は無負荷運転状態であるため、空気量の嵩上げを行ったとしても動力が発生しない。

図８の一点鎖線で表した動作共線は、空気量を嵩上げしたときのものである。この一点鎖線の動作共線をみると、リングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒは車速Ｖに基づいて決まり、キャリア軸の回転数Ｎｃは空気量を嵩上げしたためアイドル回転数Ｎｉよりも高い回転数に決まるため、残余の軸であるサンギヤ軸３１ａの回転数Ｎｓはその比例配分によって決まる。また、トルクＴｅ、Ｔｍ１はゼロであるため、トルクＴｍ２はリングギヤ軸３２ａに作用するトルクＴｒと方向が逆で大きさが同じとなる。

ステップＳ３３０及びステップＳ３４０のあと、エンジンＥＣＵ５０のＣＰＵ５２は、スロットルポジションセンサ２２ｂからのスロットルバルブ開度が全閉か否かを判定し（ステップＳ３５０）、スロットルバルブ開度が全閉でないときには、スロットルバルブ２２とインジェクタ２３を作動する（ステップＳ３６０）。具体的には、このステップの前までに決定された空気量に基づいてエンジン１回転当たりの吸入空気量を算出し、その吸入空気量に見合ったスロットル開度となるようにスロットルモータ２２ａによりスロットルバルブ２２を作動する。それと共に、その吸入空気量に基づいて所定の目標空燃比（例えば理論空燃比）からインジェクタ２３による燃料噴射量つまり燃料噴射時間を演算し、この燃料噴射時間だけインジェクタ２３を開弁して燃料を噴射し、空気と燃料の混合気とする。続いて、吸気バルブ２４から吸入された混合気に点火すべく、イグニションコイル２９に高電圧を印加して点火プラグ２５に火花を発生させ（ステップＳ３７０）、本ルーチンを終了する。これにより、燃焼エネルギが発生してピストン２６が上下動し、この上下動が回転運動となってクランクシャフト２７に伝達される。

一方、ステップＳ３５０でスロットルバルブ２２が全閉のときには、キャリア軸の回転数Ｎｃが予め定められたしきい値Ｎｒｅｆを超えるか否かを判定し（ステップＳ３８０）、回転数Ｎｃがしきい値Ｎｒｅｆを超えないときには既に述べたステップＳ３５０とステップＳ３６０の処理を実行したのち本ルーチンを終了する。しきい値Ｎｒｅｆはエンジン２０のアイドル回転数をわずかに上回る値（例えば１０００ｒｐｍ）に設定されており、回転数Ｎｃがしきい値Ｎｒｅｆを超えないときとはアイドル状態とみなされる。一方、ステップＳ３８０でキャリア軸の回転数Ｎｃがしきい値Ｎｒｅｆを超えるときには、例えばハイブリッド車両１０が坂を下っている場合などのようにエンジン２０を駆動する必要がない場合であるため、周知の燃料カットを実行し（ステップＳ３９０）、本ルーチンを終了する。

ところで、一般に坂を下っているような場合に燃料カットを実行すると、スロットルバルブ２２は全閉ではあるが若干の空気がスロットルバルブ２２を通過するため、この空気がそのままエンジン２０のシリンダに流入したあと触媒コンバータ６０に流入する。この結果、触媒コンバータ６０はリーン雰囲気に晒されることになり、もし触媒温度が高温であれば排気浄化触媒６１の劣化が進行しやすくなる。しかし、本実施形態では、触媒温度が高温の状態で坂を下っているような場合には、要求動力Ｐｅ＊がゼロであれば空気量が嵩上げされスロットルバルブ２２が全閉でなくなるため、燃料カットが実行されることはない（なお、要求動力Ｐｅ＊がゼロでなければエンジン２０は稼働状態であるため燃料カットが実行されることはない）。一方、触媒温度が高温でない状態で坂を下っているような場合には、スロットルバルブ２２が全閉でキャリア軸の回転数Ｎｃがしきい値Ｎｒｅｆを超えることがあるため燃料カットが実行されて排気浄化触媒６１がリーン雰囲気に晒されることはあるが、触媒温度が高温でないため触媒劣化が進行しにくい。

以上詳述した本実施形態によれば、エンジン２０への要求動力Ｐｅ＊がゼロでないときには、空気量の嵩上げを実行しないためエンジン２０への要求動力Ｐｅ＊とエンジン２０から出力される動力とを一致させることができる。また、エンジン２０への要求動力Ｐｅ＊がゼロのときには、エンジン２０を無負荷運転にするためエンジン２０の空気量を嵩上げしたとしても出力される動力は変動しないし、空気量が増えるとその空気量に見合った燃料噴射量が目標空燃比に基づいて求められることから燃料噴射量も増えることになり排気がリーン雰囲気にならないため、排気浄化触媒６１が高温リーン雰囲気に晒されるのを防止することができ、結果として排気浄化触媒６１の劣化を防止することができる。

また、エンジン２０への要求動力Ｐｅ＊がゼロであれば触媒温度にかかわらず空気量を嵩上げすることも考えられるが、そうすると嵩上げされた空気量に応じて燃料噴射量も増えるため燃費の点で好ましくない。このため、本実施形態では触媒温度が高温域に入ることを条件の一つとして空気量の嵩上げを実行することとしている。

更に、ハイブリッドＥＣＵ７０は、運転状態に応じてエンジン２０への要求動力Ｐｅ＊を一旦決定したあと該要求動力Ｐｅ＊が予め定められた最小要求動力Ｐｒｅｆを下回るときには該要求動力Ｐｅ＊をゼロにするため、エンジン２０を効率のよくない領域で使用するのを避けることができる。

更にまた、空気量の嵩上げにつき、エンジン２０が失火しない限界付近の空気量を決定しその空気量となるように嵩上げを行うため、空気量を必要最小限だけ嵩上げすることになり、空気量を嵩上げしたとしても多くの燃料を無駄に消費することがない。

そしてまた、モータＭＧ１のロータの回転抵抗をゼロにしてサンギヤ軸３１ａを空転させることによりエンジン２０とリングギヤ軸３２ａはつながりが切れた状態（つまりニュートラルの状態）になるため、エンジン２０の無負荷運転つまり自立運転を実現することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態では、エンジン制御ルーチンとして図７のフローチャートを採用したが、図９に示すように、触媒温度が高温か否かの処理（ステップＳ３１０）を、エンジン２０への要求動力Ｐｅ＊がゼロと判定されたあとに入れてこれをステップＳ３２５とし、このステップＳ３２５で触媒温度が高温だったときには空気量を嵩上げし（ステップＳ３４０）、触媒温度が高温でなかったときには空気量の嵩上げを禁止し（ステップＳ３３０）、その後ステップＳ３５０以降の処理を行うようにしてもよい。この場合も上述した実施形態と同様の効果が得られる。あるいは、図１０に示すように、触媒温度が高温か否かの処理（ステップＳ３１０）を省略し、エンジン２０への要求動力Ｐｅ＊がゼロのときには絶えず空気量を嵩上げするようにしてもよい。この場合には、上述した実施形態に比べて燃費が劣るもののそれ以外は概ね同様の効果が得られる。なお、各フローチャートにおけるステップＳ３３０は、説明の便宜上記載したにすぎないため、省略してもよい。

また、上述した実施形態では、触媒温度を触媒床に設けた触媒温度センサ６３を用いて直接検出するものとしたが、触媒温度は排気からの入熱と排気への放熱とに応じて変化するため、排気浄化触媒６１の入口温度と出口温度との差分に基づいて触媒温度を求めてもよいし、各種運転状態を表すパラメータの値と触媒温度との関係を予め実験などにより求めておき、これらの運転状態から間接的に触媒温度を推測するようにしてもよい。

更に、上述した実施形態では、パラレル型とシリアル型とを混成したハイブリッド車について説明したが、エンジンとモータとの協調制御を行うハイブリッド車であれば特にこれに限定されず、例えばパラレル型のハイブリッド車であってもよいし、シリーズ型のハイブリッド車であってもよい。

更にまた、上述した実施形態では、モータＭＧ２の動力をリングギヤ軸３２ａに出力するものについて説明したが、図１１に示すように、モータＭＧ２の動力をリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪１９，１９）とは異なる車軸（図１１における車輪１１９，１１９に接続された車軸）に接続するものとしてもよい。

そしてまた、上述した実施形態では、エンジン２０の動力を動力分配統合機構３０を介して駆動輪１９，１９に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図１２に示すように、エンジン２０のクランクシャフト２７に接続されたインナロータ３３２と駆動輪１９，１９に動力を出力する駆動軸に接続されたアウタロータ３３４とを有し、エンジン２０の動力の一部を駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機３３０を備えるものとしてもよい。

ハイブリッド車両１０の構成の概略を示す構成図である。 エンジン２０の構成の概略を示す構成図である。 ハイブリッド制御ルーチンのフローチャートである。 アクセル開度と車速と目標トルクとの関係を示すマップである。 最適運転ポイントを設定する様子を表す説明図である。 動作共線の一例を示す説明図である。 エンジン制御ルーチンのフローチャートである。 モータＭＧ１とエンジンが無負荷運転のときの動作共線を示す説明図である。 他のエンジン制御ルーチンのフローチャートである。 他のエンジン制御ルーチンのフローチャートである。 他のハイブリッド車両の構成の概略を示す構成図である。 他のハイブリッド車両の構成の概略を示す構成図である。

符号の説明

１０…ハイブリッド車両、１４…モータＥＣＵ、１５…チェーンベルト、１７…駆動軸、１８…デファレンシャルギヤ、１９…駆動輪、２０…エンジン、２１…エアクリーナ、２２…スロットルバルブ、２２ａ…スロットルモータ、２２ｂ…スロットルポジションセンサ、２３…インジェクタ、２４…吸気バルブ、２５…点火プラグ、２６…ピストン、２７…クランクシャフト、２８…エアフローメータ、２９…イグニションコイル、３０…動力分配統合機構、３１…サンギヤ、３１ａ…サンギヤ軸、３２…リングギヤ、３２ａ…リングギヤ軸、３３…ピニオンギヤ、３４…キャリア、４１，４２…インバータ、４３，４４…回転位置検出センサ、４５…バッテリ、４６…バッテリＥＣＵ、５０…エンジンＥＣＵ、５２…ＣＰＵ、５４…ＲＯＭ、５６…ＲＡＭ、５８…電力ライン、６０…触媒コンバータ、６１…排気浄化触媒、６３…触媒温度センサ、６４…排気管、６７…クランク角センサ、７０…ハイブリッドＥＣＵ、７２…ＣＰＵ、７４…ＲＯＭ、７６…ＲＡＭ、８１…シフトレバー、８２…シフトポジションセンサ、８３…アクセルペダル、８４…アクセルペダルポジションセンサ、８５…ブレーキペダル、８６…ブレーキペダルポジションセンサ、８８…車速センサ、ＭＧ１…モータ、ＭＧ２…モータ。

Claims (6)

1. 運転状態に応じてエンジンとモータの一方又は両方を利用して車両を駆動するハイブリッド車両の制御装置であって、
   前記エンジンへの空気量を調節する空気量調節手段と、
   前記エンジンへの燃料噴射量を調節する燃料噴射量調節手段と、
   前記エンジンからの排気を浄化する排気浄化触媒と、
   運転状態に応じて前記エンジンへの要求動力を決定する要求動力決定手段と、
   前記エンジンへの要求動力が該エンジンから出力されるように空気量及び燃料噴射量を前記空気量調節手段及び前記燃料噴射量調節手段によって調節するエンジン制御手段と、
   空気量が所定の下限域に入ることを条件の一つとする燃料カット条件が成立したときに燃料噴射量をカットする燃料カット実行手段と、
   前記エンジンへの要求動力がゼロでないときには空気量の嵩上げを実行せず、前記エンジンへの要求動力がゼロのときには空気量の嵩上げを実行すると共に前記エンジンを無負荷運転とする空気量制御手段と、
   を備えたハイブリッド車両制御装置。
2. 前記排気浄化触媒の温度を検出する触媒温度検出手段、を備え、
   前記空気量制御手段は、前記エンジンへの要求動力がゼロでないときには空気量の嵩上げを実行せず、前記エンジンへの要求動力がゼロで且つ前記触媒温度検出手段によって検出された触媒温度が予め定められた高温域に入るときには空気量の嵩上げを実行すると共に前記エンジンを無負荷運転とする、
   請求項１に記載のハイブリッド車両制御装置。
3. 前記要求動力決定手段は、運転状態に応じて前記エンジンへの要求動力を一旦決定したあと該要求動力が予め定められた最小要求動力を下回るときには該要求動力をゼロに変更する、
   請求項１又は２に記載のハイブリッド車両制御装置。
4. 前記空気量制御手段は、空気量の嵩上げにつき、前記エンジンが失火しない限界付近の空気量を決定し該決定した空気量となるように嵩上げを行う、
   請求項１〜３のいずれかに記載のハイブリッド車両制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のハイブリッド車両制御装置であって、
   前記エンジンの出力軸と第１のモータジェネレータに接続された連繋軸と第２のモータジェネレータに接続された前記車両の駆動軸の３軸のうちいずれか２軸に入出力された動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段、を備え、
   前記エンジンの無負荷運転は前記第１のモータジェネレータのロータの回転抵抗をゼロにして前記連繋軸を空転させることにより実現される、
   ハイブリッド車両制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれか記載のハイブリッド車両制御装置を搭載した車両。

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