JP2005299469A - ハイブリッド車両の暖機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン冷間時の暖機性を向上させ、燃費悪化を抑制することができるハイブリッド車両の暖機制御装置を提供すること。
【解決手段】ディーゼルエンジン１１と、ＭＭＴ１２と、エンジン出力による発電またはバッテリ２０の電力によるエンジン出力のアシストを行うモータジェネレータ１７とを備えたハイブリッド車両の暖機制御装置である。暖機制御装置は、エンジン１１の暖機状態を判定するエンジン暖機判定手段と、バッテリ充電量ＳＯＣおよびドライバ要求出力に応じてモータジェネレータ１７の出力とエンジン１１の出力との分担比率を制御する分担比率制御手段とを備え、この分担比率制御手段は、エンジン暖機判定手段により暖機完了が判定されるまでの間、モータジェネレータ１７の出力が大きくエンジン１１の出力が小さくなるように分担比率を制御するように構成されている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ハイブリッド車両の暖機制御装置に関し、更に詳しくは、エンジン冷間時の暖機性を向上させ、燃費悪化を抑制することができるハイブリッド車両の暖機制御装置に関する。

ハイブリッド車両において、エンジン冷却水温が低い時には高い時に比べて目標バッテリ充電量ＳＯＣを高く設定してモータジェネレータにより発電させ、この発電に見合うエンジン負荷を高めることにより当該エンジンの暖機を促進する技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０００−４０５３２号公報

しかしながら、上記従来技術では、エンジンの暖機を優先する制御となっていた。すなわち、エンジン冷間時には、車両一旦停止時や軽負荷低速走行時であっても常に、エンジン冷却水温が約６０℃以上になるまでエンジンを停止せずに作動させたままとし、自らエンジン温度を上昇させるように制御していた。このため、冷間時はエンジンオイルの粘度も高く、フリクション増大による燃費悪化が避けられなかった。

また、モータジェネレータの力行運転時や回生運転時には、モータジェネレータが発熱するが、この熱は有効利用されずにすべて大気中に放出されるだけであった。このため、当該廃熱を有効利用して燃費改善を実現できる手段の提供が望まれていた。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、エンジン冷間時の暖機性を向上させ、燃費悪化を抑制することができるハイブリッド車両の暖機制御装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明の請求項１に係るハイブリッド車両の暖機制御装置は、走行駆動源としてのエンジンと、有段または無段の変速機と、前記エンジン出力による発電またはバッテリ電力による前記エンジン出力のアシストを行うモータジェネレータとを備えたハイブリッド車両の暖機制御装置であって、前記暖機制御装置は、前記エンジンの暖機状態を判定するエンジン暖機判定手段と、前記バッテリの充電量および車両要求出力に応じて前記モータジェネレータの出力と前記エンジンの出力との分担比率を制御する分担比率制御手段とを備え、前記分担比率制御手段は、前記エンジン暖機判定手段により暖機完了が判定されるまでの間、前記モータジェネレータの出力が大きく前記エンジン出力が小さくなるように分担比率を制御することを特徴とするものである。

また、この発明の請求項２に係るハイブリッド車両の暖機制御装置は、請求項１に記載の発明において、前記モータジェネレータにて発生した熱を回収して前記エンジンまたは前記エンジンと前記変速機の双方を暖機する暖機手段を更に備えたことを特徴とするものである。

この発明に係るハイブリッド車両の暖機制御装置（請求項１）によれば、エンジンオイルの粘度が高い冷間時では、主としてモータジェネレータにより要求出力のほとんどを分担することにより、燃費悪化条件下でのエンジンの運転を控えることができる。したがって、冷間時の燃費悪化を抑制することができる。

また、この発明に係るハイブリッド車両の暖機制御装置（請求項２）によれば、モータジェネレータからの廃熱を回収して、エンジンのみの暖機に利用し、またはエンジンと変速機の双方の暖機に利用することができる。したがって、エンジンオイル等の機関各部や変速機オイル等の変速機各部の暖機を早期に完了させ、低フリクション、低冷却損失な状態でエンジン運転に移行することができる。

以下に、この発明に係るハイブリッド車両の暖機制御装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この発明をディーゼルハイブリッド車両に適用した例について説明するが、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

先ず、この発明の実施例に係る暖機制御装置を適用するディーゼルハイブリッド車両の概略構成について図１に基づいて説明する。ここで、図１は、ディーゼルハイブリッド車両の概略構成を示す模式図である。

図１に示すように、ディーゼルハイブリッド車両（ハイブリッド車両）１０には、走行駆動源としてのディーゼルエンジン（エンジン）１１が設けられている。なお、図示を省略するが、このディーゼルエンジン１１は、コモンレール方式の燃料噴射システム、排気ガス圧力を利用して吸気量を増大させるターボ過給機、バルブの開閉動作タイミングを可変制御する可変バルブタイミング機構等を備えている。

また、図示を省略するが、ディーゼルエンジン１１の排気通路には、排気ガス中の粒子状物質および窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するために、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持したパティキュレートフィルタや、排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気ガス再循環装置を備えている。

ディーゼルエンジン１１で発生する駆動力は、自動変速可能な有段変速機（以下、ＭＭＴ（マルチモードマニュアルトランスミッション）と記す）１２、ドライブシャフト１４およびディファレンシャルギヤ（図示せず）を介して駆動輪１３に伝達されるようになっている。このＭＭＴ１２は、走行状態に応じてギヤ段の変速操作をアクチュエータで電気的に自動制御するものである。

ディーゼルエンジン１１とＭＭＴ１２間には、動力伝達の接離を行うクラッチ１２ａが備えられており、走行状態に応じて接離操作をアクチュエータで電気的に自動制御されるようになっている。

また、ディーゼルエンジン１１は、このＭＭＴ１２から指令される要求エンジントルクを出力するために、その燃料噴射量や吸入空気量等を制御されるように構成されている。ディーゼルエンジン１１の要求燃料噴射量は、たとえば、エンジンの回転数およびアクセル開度からマップ等に基づいて決定され、燃料噴射が実行されるようになっている。

また、駆動系歯車装置（ギヤトレーン）を一体化したモータジェネレータ（ＭＧ）１７は、インバータ１９を介し、充放電可能な二次電池であるバッテリ２０と接続されている。このモータジェネレータ１７は、走行駆動源であるモータとして機能する力行運転モードと、発電機として機能する回生運転モードとの２つの運転状態をとり得るように構成されている。

たとえば、モータジェネレータ１７は、力行運転モードではバッテリ２０からの電力供給を受けて、ドライブシャフト１４を駆動するための動力を発生する。また、回生運転モードでは、モータジェネレータ１７は、ディーゼルエンジン１１あるいはドライブシャフト１４から伝達される駆動力を電力に変換し、バッテリ２０を充電する。

モータジェネレータ１７が力行運転モードあるいは回生運転モードのいずれかで運転されるかは、バッテリ２０の充電量ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を勘案して決定される。

また、図１中に破線で示す暖機手段３０は、冷間運転時にモータジェネレータ１７にて発生した熱をエンジン冷却水を利用して回収し、ディーゼルエンジン１１およびＭＭＴ１２の双方を暖機するために設けたものである。図１中の太線矢印は、モータジェネレータ（ＭＧ）１７の廃熱により温められた冷却水の流れ方向と、ディーゼルエンジン１１およびＭＭＴ１２を循環し熱交換して冷えた冷却水の流れ方向を示している。

この暖機手段３０は、エンジン冷却水がモータジェネレータ１７とディーゼルエンジン１１とＭＭＴ１２とを循環してそれぞれ熱交換できるように配管構成されている。たとえば、図示を省略するが、ディーゼルエンジン１１では、そのウォータジャケット内とオイルパンに設けた配管内を冷却水が流れるように配管構成されている。

また、ＭＭＴ１２では、冷却水が変速機オイルと熱交換できるように配管構成されている。そして、この配管系には、ポンプやバルブが適宜箇所に設けられ、冷間運転時のみに冷却水が循環するように制御される。

また、この冷却水の温度は、ディーゼルエンジン１１に設けられているエンジン水温センサ（図示せず）によって検出され、その検出信号から、エンジン暖機判定手段としての図示しない電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称する）によって暖機状態が判断されるようになっている。

また、このＥＣＵは、後述するように、バッテリ充電量ＳＯＣおよびドライバ要求出力（車両要求出力）に応じてモータジェネレータ１７の出力とディーゼルエンジン１１の出力との分担比率を制御する分担比率制御手段でもある。

このようにＥＣＵは、上記エンジン暖機判定手段と上記分担比率制御手段とを備える暖機制御装置として機能するとともに、車両全体の基本制御を実行する制御装置として機能するものである。

以上のように構成されたディーゼルハイブリッド車両１０は、上記ＥＣＵによって各種センサからの出力情報に基づいて以下のように基本制御され、種々の状態で走行することができる。

ディーゼルハイブリッド車両１０の冷間時における暖機制御については後述する。また、定常運転時には、通常は、ディーゼルエンジン１１がドライブシャフト１４の要求出力とほぼ等しい出力を発生するように運転される。このとき、ディーゼルエンジン１１の出力のほぼすべてがドライブシャフト１４に伝えられる。

一方、バッテリ２０の充電量ＳＯＣが予め定められた基準値以下に低下している場合には、ディーゼルエンジン１１がドライブシャフト１４の要求出力以上の出力で運転され、その余剰動力の一部はモータジェネレータ１７によって電力として回生され、バッテリ２０の充電に利用される。

そして、ディーゼルエンジン１１の出力トルクが不足する場合には、バッテリ２０の充電量ＳＯＣに応じてモータジェネレータ１７によって不足分のトルクがアシストされ、必要トルクが確保される。

なお、上記ディーゼルハイブリッド車両１０は、燃料の節約と排気エミッションの低減を図るために、いわゆるエコラン（エコノミー＆エコロジーランニング）制御もなされる。たとえば、交差点における信号待ち等でディーゼルハイブリッド車両１０が停車した場合に、所定の停止条件下でディーゼルエンジン１１を自動停止させ、その後、所定の再始動条件下（たとえば、アクセルペダルを踏み込んだとき）でディーゼルエンジン１１を再始動させる制御もなされる。

以上が本発明に係るディーゼルハイブリッド車両１０の基本構成および基本制御動作である。

つぎに、本発明の要部であるディーゼルハイブリッド車両１０の暖機制御方法について図２に基づいて図１、図３〜図５を参照しつつ説明する。以下の制御は、上記ＥＣＵによって実行されるものである。

ここで、図２は、ディーゼルハイブリッド車両の暖機制御方法を示すフローチャートである。なお、図２中では、モータジェネレータ１７をＭＧと略記してある。また、図３は、冷間時のバッテリ充電量ＳＯＣに応じたモータジェネレータ１７の上限出力を示すマップであり、最大出力１５ＫＷのモータジェネレータ１７を例にしたものである。

また、図４は、冷間時のバッテリ充電量ＳＯＣに応じたモータジェネレータ１７の上限出力を示すマップであり、ディーゼルエンジン１１による出力分担例を併記したものである。図５は、冷間時のバッテリ充電量ＳＯＣに応じたモータジェネレータ１７の力行運転領域を示す説明図である。

図２に示すように、先ず、上記エンジン水温センサによって検出されたエンジン冷却水温を読み込む（ステップＳ１０）。つぎに、ディーゼルエンジン１１が暖機状態であるか否かを判断するために、読み込まれたエンジン冷却水温が所定の温度（たとえば、６０℃）未満であるか否かを判断する（ステップＳ１１）。

エンジン冷却水温が所定の温度未満であるならば（ステップＳ１１肯定）、冷間始動時等の冷間時であると判断できるので、つぎのステップＳ１２以降の暖機制御を実施する。すなわち、この暖機制御では、モータジェネレータ１７の駆動時の廃熱を暖機手段３０によって回収してディーゼルエンジン１１およびＭＭＴ１２の双方を暖機するので、バッテリ充電量ＳＯＣに応じたモータジェネレータ１７の上限出力を考慮する必要がある。

そこで、図３および図４に示すマップを用い、バッテリ充電量ＳＯＣに基づいてモータジェネレータ１７の上限出力を算出する（ステップＳ１２）。すなわち、図３および図４に示すように、たとえば、モータジェネレータ１７の最大出力が１５ＫＷであり、バッテリ充電量ＳＯＣが５０％以上である場合には、当該最大出力である１５ＫＷを上限出力とする。なお、バッテリ充電量ＳＯＣがたとえば４５％未満である場合には、バッテリ２０の保護のため、モータジェネレータ１７の上限出力を０ＫＷとし、駆動させないようにしてある。

また、バッテリ充電量ＳＯＣが４５％〜５０％の範囲内にある場合は、図４に示すように、上記０〜１５ＫＷを当該バッテリ充電量ＳＯＣに応じて比例配分した上限出力とする。たとえば、バッテリ充電量ＳＯＣがｓ（％）である場合には、上限出力ライン上のＴｓ（ＫＷ）を上限出力とする。

つぎに、ドライバ要求出力（車両要求出力）がモータジェネレータ１７の上限出力未満であるか否かを判断する（ステップＳ１３）。ドライバ要求出力がモータジェネレータ１７の上限出力未満であるならば（ステップＳ１３肯定）、モータジェネレータ１７のみを当該ドライバ要求出力で駆動し（ステップＳ１４）、上記ステップＳ１０に戻る。

このときモータジェネレータ１７では多量の熱が発生するが、この熱は暖機手段３０の冷却水と熱交換される。すなわち、モータジェネレータ１７は冷やされ、暖機手段３０の冷却水は温められる。温められた冷却水は、ディーゼルエンジン１１に送られ、上記ウォータジャケットおよびオイルパン内に設けた配管を流れることにより、エンジン各部とエンジンオイルを温める。

そして、ディーゼルエンジン１１を経た冷却水は、ＭＭＴ１２に送られ、変速機オイルを温め、当該オイルによりＭＭＴ１２各部が温められる。ディーゼルエンジン１１およびＭＭＴ１２と熱交換して冷えた冷却水は、再びモータジェネレータ１７に戻り、モータジェネレータ１７で発生する熱により温められる。

このようにして暖機手段３０の冷却水は、冷間時にモータジェネレータ１７とディーゼルエンジン１１とＭＭＴ１２とを循環して熱交換するので、ディーゼルエンジン１１およびＭＭＴ１２の早期暖機が図られる。

一方、ドライバ要求出力がモータジェネレータ１７の上限出力を超えるならば（ステップＳ１３否定）、モータジェネレータ１７のみの駆動ではトルク不足となるので、この不足分のトルクを補うべく、モータジェネレータ１７とディーゼルエンジン１１の出力分担比率を設定して、ディーゼルエンジン１１を駆動する必要がある。

そこで、ディーゼルエンジン１１を始動するとともに（ステップＳ１５）、モータジェネレータ１７を上記ステップＳ１２で算出された上限出力で駆動し（ステップＳ１６）ディーゼルエンジン１１を、上記ドライバ要求出力からモータジェネレータ１７の上限出力を差し引いた出力で駆動し（ステップＳ１７）、上記ステップＳ１０に戻る。

たとえば、図４に示すように、ドライバ要求出力が、モータジェネレータ１７の最大出力である１５ＫＷであり、その時のバッテリ充電量ＳＯＣがｓ（％）である場合には、モータジェネレータ１７の上限出力はＴｓ（ＫＷ）となり、ディーゼルエンジン１１が分担する出力は、（１５−Ｔｓ）ＫＷとなる。

以上のように、エンジンオイルの粘度が高い冷間時では、モータジェネレータ１７にてドライバ要求出力のほとんどを分担することにより、燃費悪化条件下でのディーゼルエンジン１１の運転を可能な限り控えており、これにより暖機手段３０による暖機性向上と燃費の向上とを両立させるようにしている。

なお、この冷間時でのモータジェネレータ１７の力行運転領域の一例を図５に示す。この図５では、モータジェネレータ１７の力行運転領域の上限境界線を、バッテリ充電量ＳＯＣが大きい場合には一点鎖線で示し、バッテリ充電量ＳＯＣが小さい場合には破線で示してある。ハッチングは、バッテリ充電量ＳＯＣが大きい場合におけるモータジェネレータ１７のみによる力行運転領域を示している。また、バッテリ充電量ＳＯＣが大〜小の矢印の範囲にある場合には、ドライバ要求出力に応じてディーゼルエンジン１１も出力を分担することとなる。

エンジン冷却水温が所定の温度を超えているならば（ステップＳ１１否定）、既に暖機が完了していると判断できるので、暖機後の通常制御に移行すればよい（ステップＳ１８）。すなわち、軽負荷運転領域ではモータジェネレータ１７により走行し、中高負荷運転領域では、エンジン走行する。

以上のように、この実施例に係るハイブリッド車両の暖機制御装置によれば、エンジンオイルの粘度が高い冷間時では、主としてモータジェネレータ１７により要求出力のほとんどを分担することにより、燃費悪化条件下でのディーゼルエンジン１１の運転を控えることができる。したがって、冷間時の燃費悪化を抑制することができる。

また、モータジェネレータ１７からの廃熱を回収して、ディーゼルエンジン１１およびＭＭＴ１２の暖機に利用しているので、エンジンオイル等の機関各部や変速機オイル等のＭＭＴ１２各部の暖機を早期に完了させ、低フリクション、低冷却損失な状態でエンジン運転に移行することができる。また、早期の暖機完了により、ディーゼルエンジン１１のスモークの発生を抑制することができる。

なお、上記実施例においては、ディーゼルエンジン１１を走行駆動源とするハイブリッド車両について本発明を適用して説明したが、これに限定されず、ガソリンエンジンを走行駆動源とするハイブリッド車両に適用してもよい。

また、有段自動変速機（ＭＭＴ１２）を備えたハイブリッド車両について本発明を適用して説明したが、これに限定されず、自動変速機（ＡＴ）や手動変速機（ＭＴ）、無段変速機（ＣＶＴ）を備えたハイブリッド車両に適用してもよい。

また、暖機手段３０は、ディーゼルエンジン１１とＭＭＴ１２の双方を暖機するものとして説明したが、これに限定されず、ディーゼルエンジン１１のみを暖機するように構成してもよい。

なお、最大出力の小さいモータジェネレータであって、発熱量が比較的少なくその廃熱利用の効果が少ない場合には、必ずしも上記暖機手段３０を設けなくてもよい。その場合は、分担比率制御手段としてのＥＣＵが、暖機完了が判定されるまでの間、上述したようにモータジェネレータの出力が大きくエンジン出力が小さくなるように分担比率を制御する構成のみを採用すればよい。

以上のように、この発明に係るハイブリッド車両の暖機制御装置は、パラレル式のハイブリッド車両に有用であり、特に、エンジン冷間時の暖機性を向上させ、燃費悪化の抑制を目指すハイブリッド車両に適している。

ディーゼルハイブリッド車両の概略構成を示す模式図である。 ディーゼルハイブリッド車両の暖機制御方法を示すフローチャートである。 冷間時のバッテリ充電量ＳＯＣに応じたモータジェネレータの上限出力を示すマップである。 冷間時のバッテリ充電量ＳＯＣに応じたモータジェネレータとエンジンとの出力分担比率を示すマップである。 冷間時のバッテリ充電量ＳＯＣに応じたモータジェネレータの力行運転領域を示す説明図である。

符号の説明

１０ ディーゼルハイブリッド車両（ハイブリッド車両）
１１ ディーゼルエンジン（エンジン）
１２ ＭＭＴ（変速機）
１７ モータジェネレータ
２０ バッテリ
３０ 暖機手段
ＳＯＣ バッテリ充電量

Claims (2)

1. 走行駆動源としてのエンジンと、
   有段または無段の変速機と、
   前記エンジン出力による発電またはバッテリ電力による前記エンジン出力のアシストを行うモータジェネレータと、
   を備えたハイブリッド車両の暖機制御装置であって、
   前記暖機制御装置は、
   前記エンジンの暖機状態を判定するエンジン暖機判定手段と、
   前記バッテリの充電量および車両要求出力に応じて前記モータジェネレータの出力と前記エンジンの出力との分担比率を制御する分担比率制御手段と、
   を備え、
   前記分担比率制御手段は、前記エンジン暖機判定手段により暖機完了が判定されるまでの間、前記モータジェネレータの出力が大きく前記エンジン出力が小さくなるように分担比率を制御することを特徴とするハイブリッド車両の暖機制御装置。
2. 前記モータジェネレータにて発生した熱を回収して前記エンジンまたは前記エンジンと前記変速機の双方を暖機する暖機手段を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の暖機制御装置。

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