JP2006037774A - 車輌の動力制御方法及びその動力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車外へのＮＯｘ排出量を低減し、更にトルクショックを抑制すること。
【解決手段】少なくとも原動機１の動力で駆動軸６１に駆動力を発生させる車輌の動力制御方法において、原動機１における空燃比の切替要求を受け付ける工程と、その空燃比の切替要求に応じてＮＯｘ排出量の多い空燃比での燃焼時間が短くなるよう空燃比の切替制御を行う空燃比切替制御工程と、原動機１の動力制御パターンを前記空燃比の切替要求に応じた動作モードへと切り替える際に、空燃比を略一定に維持した状態で原動機１から出力される動力を制御する動作モード切替工程とを設けること。
【選択図】 図１

Description

本発明は、原動機を動力源とする又は原動機と電動機の双方を動力源とする車輌の動力制御方法及びその動力制御装置に関する。

近年、燃料消費量低減等の環境性能の向上を図る技術の一つとして原動機と電動機の２種類の動力源を有するハイブリッド車輌が提案されている。この種のハイブリッド車輌は、大別すると、原動機で発電機を駆動し、この発電機で発電された電力によって電動機が車輪を駆動するシリーズハイブリッド方式，原動機と電動機の双方の動力を適宜使い分けて車輪を駆動するパラレルハイブリッド方式，及び原動機の動力と、その動力を動力分割機構で分割し、この分割動力により駆動された発電機の電力で駆動する電動機の動力とを適宜使い分けて車輪を駆動するシリーズ・パラレルハイブリッド方式に分類される。

例えば、下記の特許文献１には、シリーズ・パラレルハイブリッド方式のハイブリッド車輌において、原動機たる内燃機関の動作点を機関回転数毎の運転効率の比較的高いトルク線（動作線）上を沿うように機関回転数と機関トルクとを制御する技術が開示されている。

更に、内燃機関単体に着目してみても、上記の如き環境性能の向上を図る為に様々な技術が提案されている。例えば、冷却損失や吸気抵抗によるポンプ損失を低減させて機関熱効率の向上を図り燃料消費量を低減する所謂リーンバーンエンジンがある。このリーンバーンエンジンでは、例えば、定常走行時には希薄領域の空燃比（例えばＡ／Ｆ≧２０であって、以下「リーン空燃比」という。）で燃焼させ、アイドル時には理論空燃比（Ａ／Ｆ≒１４．７）又はそれよりも若干薄い空燃比の領域で燃焼させ、加速時には理論空燃比よりも濃い空燃比（例えばＡ／Ｆ≒１２であって、以下「リッチ空燃比」という。）の領域で燃焼させる。

また、かかる観点からすれば、筒内直接噴射式内燃機関においても同様のことがいえる。即ち、この筒内直接噴射式内燃機関においても、運転状態に応じてリーン空燃比（例えばＡ／Ｆ≧３０）での燃焼や理論空燃比の領域での燃焼を使い分けている。

ところで、内燃機関が理論空燃比若しくはリッチ空燃比からリーン空燃比へ切り替わるとき又はリーン空燃比から理論空燃比若しくはリッチ空燃比へ切り替わるときには、理論空燃比よりも若干薄い領域の空燃比（例えばＡ／Ｆ≒１６であって、以下「中間リーン空燃比」という。）での燃焼が行われ、その燃焼の際には多量のＮＯｘが排出される。

ここで、例えば、下記の特許文献２には、理論空燃比からリーン空燃比への切替速度をリーン空燃比から理論空燃比への切替速度よりも遅くし、また、下記の特許文献３には、理論空燃比からリーン空燃比へと切り替える際に、理論空燃比から所定の空燃比への切替速度を当該所定の空燃比からリーン空燃比への切替速度よりも遅くして、ＮＯｘ排出量の低減とトルクショックの抑制を図らんとする技術が開示されている。

これが為、内燃機関の空燃比を切り替える際には、その切り替えを急速に行うことでＮＯｘの排出量を低減し得る。

特開２０００−８７７７４号公報 特開昭６３−１２８５０号公報 特開平４−１３４１４７号公報

ところで、上記特許文献１のハイブリッド車輌にあっては、空燃比の切り替えに伴って最大機関トルクが変わるので内燃機関の動作線を切り替え後の空燃比に応じたものへと切り替える必要があり、内燃機関の機関動力Ｐｅ（＝機関回転数×機関トルク）の制御を行わなければならない。ここで、燃料噴射量の調整等により空燃比の変更と内燃機関の機関動力Ｐｅの制御が可能になるが、この場合、トルクショックを抑制する為に空燃比を急速に切り替えることができず、ＮＯｘ排出量が増加してしまう。

また、上記特許文献２，３に開示された技術は、ＮＯｘ排出量の低減とトルクショックの抑制という二律背反する目的の妥協点を見出した空燃比の切替速度を設定するものであり、理論空燃比又はリッチ空燃比からリーン空燃比へ切り替わるとき、リーン空燃比から理論空燃比又はリッチ空燃比へ切り替わるときの双方において確実にＮＯｘ排出量を低減させることができるものではない。

そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、車外へのＮＯｘ排出量の低減とトルクショックの抑制とを有効に図り得る車輌の動力制御方法及びその動力制御装置を提供することを、その目的とする。

上記目的を達成する為、請求項１記載の車輌の動力制御方法では、原動機における空燃比の切替要求を受け付ける工程と、その空燃比の切替要求に応じてＮＯｘ排出量の多い空燃比での燃焼時間が短くなるよう空燃比の切替制御を行う空燃比切替制御工程と、原動機の動力制御パターンを前記空燃比の切替要求に応じた動作モードへと切り替える際に、空燃比を略一定に維持した状態で原動機から出力される動力を制御する動作モード切替工程とを有している。

このように、空燃比を急速に切り替えることでＮＯｘ排出量を低減させると共に、空燃比を略一定に保った状態で原動機の動力を制御して動作モードを切り替えることによってトルクショックを低減することができる。

具体的には、請求項２記載の発明の如く、空燃比切替制御工程における切り替え前後の双方の空燃比の内、空燃比がＮＯｘ還元触媒の浄化効率の良い空燃比に近い状態のときに動作モード切替工程を実行する。

例えば、その空燃比の切替要求が薄い空燃比から濃い空燃比への切替要求である場合には、請求項３記載の発明の如く、空燃比切替制御工程を実行した後に動作モード切替工程を実行する。また、その空燃比の切替要求が濃い空燃比から薄い空燃比への切替要求である場合には、動作モード切替工程を実行した後に空燃比切替制御工程を実行する。

このように、ＮＯｘ還元触媒の浄化効率の良い空燃比に近い状態で原動機の動力を制御することによって、かかる動作モード切替工程時における原動機からのＮＯｘ排出量も低減することができ、且つ車外へのＮＯｘ排出量をも低減することができる。

ここで、車輌が原動機と電動機の内の少なくとも何れか一方を動力源とする所謂ハイブリッド車輌である場合には、請求項５記載の発明の如く、空燃比切替時における原動機のトルク変動を電動機の動力で補正するトルク変動補正工程を設ける。

また、車輌の変速機として無段変速機が用いられている場合には、請求項６記載の発明の如く、空燃比切替時における原動機のトルク変動を無段変速機の変速比を変更して補正するトルク変動補正工程を設ける。

これにより、空燃比切替時における原動機のトルク変動を抑制することができる。

以上示した車輌の動力制御方法を実現させる動力制御装置には、請求項７記載の発明の如く、原動機における空燃比の切替要求を行う機能と、その空燃比の切替要求に応じてＮＯｘ排出量の多い空燃比での燃焼時間が短くなるよう空燃比の切替制御を行う空燃比切替制御機能と、原動機の動力制御パターンを前記空燃比の切替要求に応じた動作モードへと切り替える際に、空燃比を略一定に維持した状態で原動機から出力される動力を制御する動作モード切替機能とが設けられている。

本発明に係る車輌の動力制御方法及びその動力制御装置によれば、急速な空燃比の切り替えによってＮＯｘ排出量を可能な限り低減させると共に、トルクショックを抑制することができる。

以下に、本発明に係る車輌の動力制御方法及びその動力制御装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。尚、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

本発明に係る車輌の動力制御方法及びその動力制御装置の実施例１を図１から図６に基づいて説明する。ここで、本実施例１にあっては、動力源として原動機と電動機の双方を使用するハイブリッド車輌について例示する。

最初に、本実施例１における動力制御装置の制御対象たるハイブリッド車輌の概略構成と基本動作について説明する。

本実施例１にあっては、シリーズ・パラレルハイブリッド方式のハイブリッド車輌を例示する。

このハイブリッド車輌には、図１に示す如く、原動機としての内燃機関１と、この内燃機関１から出力された機関動力Ｐｅを分割する動力分割機構１１と、この動力分割機構１１により分割された内燃機関１の機関動力で駆動する発電機２１と、この発電機２１の電力及び／又はバッテリ４１の電力で駆動する電動機３１とが設けられている。

ここで、その動力分割機構１１は、例えば、回転軸が内燃機関１のクランクシャフト２に連結されたプラネタリキャリアと、このプラネタリキャリアに軸支されたピニオンギヤと、回転軸が発電機２１に連結されたサンギヤと、回転軸が電動機３１に連結されたリングギヤとを有する遊星歯車機構からなり、そのリングギヤには変速機５１Ａや減速機５１Ｂ等からなる動力伝達機構５１を介して駆動軸６１が連結されている。これが為、内燃機関１の機関動力Ｐｅは、ピニオンギヤを介してサンギヤ及びリングギヤに伝達され、発電機２１の駆動力として利用し得る一方、動力伝達機構５１を介して駆動軸６１を直接駆動することができる。

また、このハイブリッド車輌には、各種動作を制御する制御手段が設けられている。本実施例１にあっては、その制御手段として、ハイブリッド車輌全体の動作を制御する電子制御装置（以下「メインＥＣＵ」という。）７１と、内燃機関１の動作を制御する電子制御装置（以下「機関ＥＣＵ」という。）７２と、電動機３１の動作を制御する電子制御装置（以下「電動機ＥＣＵ」という。）７３とが設けられており、これらメインＥＣＵ７１，機関ＥＣＵ７２及び電動機ＥＣＵ７３が本発明に係る動力制御装置の機能を為す。

これらメインＥＣＵ７１，機関ＥＣＵ７２及び電動機ＥＣＵ７３は、図示しないＣＰＵ（中央演算処理装置），所定の制御プログラム等を予め記憶しているＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ），ＣＰＵの演算結果を一時記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ），予め用意されたマップデータ等の情報を記憶するバックアップＲＡＭ等で構成されている。

更に、このハイブリッド車輌（内燃機関１や変速機５１Ａ等）には、図１に示す如く、クランクシャフト２のクランク角度位置信号パルスを出力するクランク角センサ（クランク角検出手段）８１，スロットルバルブ３のスロットル開度θ_thを検出するスロットル開度センサ８２，冷却水温度を検出する水温センサ８３，空燃比を検出するＡ／Ｆセンサ８４，及びアクセル開度を検出するアクセル開度センサ８５等の種々のセンサが設けられている。

これら各センサ８１〜８５の出力信号はメインＥＣＵ７１に入力され、このメインＥＣＵ７１は、その入力信号やバックアップＲＡＭのマップデータ等に基づいて定常走行時等の運転状態に応じた駆動軸６１における駆動力Ｐｔの要求値（以下「駆動力要求値」という。）を求め、この駆動力要求値に相当する駆動力Ｐｔを駆動軸６１で発生させ得る内燃機関１と電動機３１の動力及びその配分を設定し、その設定条件を機関ＥＣＵ７２と電動機ＥＣＵ７３に送る。

例えば、発進時や低速走行時においては、電動機３１の動力Ｐｍのみで駆動軸６１の駆動力Ｐｔを発生させる。これが為、メインＥＣＵ７１は、内燃機関１のフューエルカット又は停止の制御条件値を機関ＥＣＵ７２に対して送ると共に、電動機３１で発生させる動力Ｐｍの要求値（以下「電動機動力要求値」という。）を駆動力要求値に基づき求めて電動機ＥＣＵ７３に対して送る。これにより、機関ＥＣＵ７２が内燃機関１をフューエルカット又は停止させると共に、電動機ＥＣＵ７３が電動機動力要求値に応じてインバータ４２を制御し、バッテリ４１からの供給電力で電動機３１を駆動してその動力Ｐｍで駆動軸６１を駆動させる。

また、定常走行時においては、内燃機関１の機関動力Ｐｅと電動機３１の動力Ｐｍとで駆動軸６１の駆動力Ｐｔを発生させる。これが為、メインＥＣＵ７１は、駆動力要求値に基づいて内燃機関１で発生させる機関動力Ｐｅの要求値（以下「機関動力要求値」という。）と電動機動力要求値を求め、その夫々を機関ＥＣＵ７２と電動機ＥＣＵ７３に対して送る。これにより、機関ＥＣＵ７２が内燃機関１の機関動力Ｐｅを制御すると共に、電動機ＥＣＵ７３がインバータ４２を制御する。

ここで、機関ＥＣＵ７２は、内燃機関１の動作点（機関回転数Ｎｅ及び機関トルクＴｅ）が運転状態に応じて設定された動作線上を沿うように機関動力Ｐｅの制御を行う。その動作線とは、図２に示す機関回転数Ｎｅ−機関トルクＴｅ特性線図において、機関回転数Ｎｅ毎の運転効率の比較的高い機関トルクＴｅがプロットされた点を夫々結んで成る曲線のことをいう。

これが為、この定常走行時においては、内燃機関１の動作点が図２に示す定常走行時の動作線Ｌｎ上を沿うように、機関ＥＣＵ７２がスロットルバルブ３（スロットルバルブアクチュエータ３ａ）や燃料噴射弁４を制御して機関動力要求値となる機関動力Ｐｅ（≒機関回転数Ｎｅ×機関トルクＴｅ）に設定する。

ところで、本実施例１の内燃機関１は、定常走行時においてはリーン空燃比（例えばＡ／Ｆ≧２０）での燃焼（以下「リーン燃焼」という。）を行うものとする。これが為、この内燃機関１は、Ａ／Ｆセンサ８４からの入力信号に基づいた空燃比のフィードバック制御を行い、リーン空燃比の状態を維持しつつ定常走行時の動作線Ｌｎ上に沿った機関回転数Ｎｅと機関トルクＴｅの制御を行なう。

本実施例１のハイブリッド車輌においては、内燃機関１の機関動力Ｐｅが動力分割機構１１で分割され、その一方の分割動力が動力伝達機構５１を介して駆動軸６１を駆動させると共に、他方の分割動力が発電機２１を駆動して発電させる。この定常走行時の場合、その発電機２１で発電された電力はインバータ４２を介して電動機３１に供給され、この電動機３１の動力Ｐｍが動力伝達機構５１を介して駆動軸６１に伝達される。

このように、定常走行時のハイブリッド車輌においては、分割された内燃機関１の一方の機関動力で駆動軸６１を直接駆動すると共に、他方の機関動力による発電電力で駆動させた電動機３１で駆動軸６１の駆動力Ｐｔを補助する。

また、このハイブリッド車輌は、全開加速等の高負荷時においても内燃機関１の機関動力Ｐｅと電動機３１の動力Ｐｍとで駆動軸６１の駆動力Ｐｔを発生させて駆動輪６２を回転させる。但し、この場合には、図２に示す高負荷時の動作線Ｌｈ上を沿うよう機関ＥＣＵ７２により機関動力Ｐｅ（＝機関回転数Ｎｅと機関トルクＴｅ）が制御されると共に、バッテリ４１からも電力が電動機３１に供給されて、駆動軸６１の駆動力Ｐｔが増加される。

ここで、本実施例１の内燃機関１は、高負荷時においては理論空燃比（Ａ／Ｆ≒１４．７）での燃焼（以下「ストイキ燃焼」という。）を行うものとする。これが為、高負荷時の動作線Ｌｈ上に沿った機関回転数Ｎｅと機関トルクＴｅの制御は、理論空燃比を保ちつつ行われる。

尚、このハイブリッド車輌において内燃機関１の他方の分割動力で発電した発電機２１の電力は、上述した如く電動機３１の動力として利用するもの以外がバッテリ４１に蓄電される。

以上示した如く、本実施例１のハイブリッド車輌においては、定常走行時等の様々な運転状態に応じて内燃機関１や電動機３１から出力される動力Ｐｍやその配分が制御される。これが為、メインＥＣＵ７１には、内燃機関１と電動機３１における動力やその配分を設定する内燃機関／電動機動力配分設定機能が設けられており、機関ＥＣＵ７２には、内燃機関１の機関動力Ｐｅを制御する機関動力制御機能が設けられており、電動機ＥＣＵ７３には、電動機３１の動力Ｐｍを制御する電動機動力制御機能が設けられている。

本実施例１の内燃機関１においては、運転状態（空燃比）を切り替える場合に、機関ＥＣＵ７２の動作モード切替機能により、その動作点を運転状態に応じた適切な動力制御パターンの動作線上で制御できるよう動作モードの切替制御が行われる。例えば、上記の定常走行から高負荷走行（リーン燃焼からストイキ燃焼）へと運転状態を切り替える際には、内燃機関１の動作モードが定常走行時の動作線Ｌｎによる動作モードから高負荷時の動作線Ｌｈによる動作モードへと切り替えられる。また、高負荷走行から定常走行（ストイキ燃焼からリーン燃焼）へと切り替える際には、高負荷時の動作線Ｌｈによる動作モードから定常走行時の動作線Ｌｎによる動作モードへと切り替えられる。

ここで、その空燃比の切り替えを行う際には中間リーン空燃比（理論空燃比よりも若干薄い空燃比：例えばＡ／Ｆ≒１６）での燃焼が行われるので、その燃焼時間が長いと多量のＮＯｘが排出されてしまう。

そこで、本実施例１の機関ＥＣＵ７２には、空燃比の切替要求があったときに、ＮＯｘ排出量の多い中間リーン空燃比での燃焼時間が短くなるよう空燃比の切替制御を行う空燃比切替制御機能が設けられており、これによりＮＯｘ排出量の低減を図っている。

具体的に、本実施例１の空燃比切替制御機能は、現状の燃料噴射量を略一定に保ったままスロットルバルブアクチュエータ３ａを制御してスロットルバルブ３の急速な開閉を行う。例えば、リーン空燃比から理論空燃比へと切り替える場合には、スロットルバルブ３が急速に閉じられるようにスロットルバルブアクチュエータ３ａを制御し、また、理論空燃比からリーン空燃比へと切り替える場合には、スロットルバルブ３が急速に開けられるようにスロットルバルブアクチュエータ３ａを制御する。

ここで、リーン空燃比から理論空燃比へと急速に切り替えることにより内燃機関１にトルク変動が生じ、そのトルク変動量如何によっては駆動軸６１の駆動力Ｐｔが変化してドライバビリティが悪化してしまう。これが為、本実施例１にあっては、そのトルク変動を補正して駆動軸６１の駆動力Ｐｔを略一定に保つトルク変動補正機能がメインＥＣＵ７１に設けられている。

そのトルク変動補正機能には、内燃機関１のトルク変動を検出する機関トルク変動検出機能が設けられている。一般に、内燃機関１においては燃焼制御の為にトルク変動の検出が行われているので、その機関トルク変動検出機能は従来より周知の検出方法でトルク変動を検出することができる。例えば、クランク角センサ８１の出力信号から算出した内燃機関１の機関回転数Ｎｅの変動量に基づいてトルク変動の推定を行うことができる。

本実施例１のトルク変動補正機能は、その検出されたトルク変動量を補正し得る電動機３１の動力（以下「電動機動力補正値」という。）を算出し、この電動機動力補正値を電動機ＥＣＵ７３へと送ってトルク変動の補正を行う。ここで、リーン空燃比から理論空燃比へと切り替える場合には機関トルクＴｅが低下するので、その低下分を電動機動力補正値として電動機３１の動力Ｐｍで補う。

尚、本実施例１にあっては、演算処理の簡易化と迅速化の為に、空燃比切り替えにより生じる機関トルクＴｅの変動量と当該変動量に応じた電動機トルクＴｍの補正量との関係を予め実験やシミュレーション等で算出してマップデータ化し、このマップデータに基づいて電動機動力補正値を求める。

ところで、ＮＯｘ還元触媒は、内燃機関１が理論空燃比で燃焼しているときに浄化効率が良くなる。これが為、本実施例１における機関ＥＣＵ７２の動作モード切替機能は、動作モード切替時にＮＯｘ還元触媒の浄化効率の良い空燃比（理論空燃比）又はそれに近い空燃比を略一定に維持した状態で内燃機関１の機関動力Ｐｅを制御するよう設定されている。本実施例１にあっては、その機関動力Ｐｅを略一定に保ったまま機関回転数Ｎｅと機関トルクＴｅを次の動作モードまで制御する。

以下に、以上示した動力制御装置における空燃比切替時の動作（動力制御方法）について説明する。

最初に、定常走行から高負荷走行（リーン空燃比からストイキ空燃比）へと切り替える際の動作について、図２の機関回転数Ｎｅ−機関トルクＴｅ特性線図、図３のフローチャート及び図４のタイムチャートを用いて説明する。

前述したが如く、本実施例１のハイブリッド車輌は、定常走行時において内燃機関１と電動機３１の双方の動力で駆動軸６１に駆動力Ｐｔを発生させている。例えば、図４に示す如く、現在、内燃機関１の機関動力Ｐｅ１（＝機関回転数Ｎｅ１×機関トルクＴｅ１）と電動機３１の動力Ｐｍ１とによって駆動軸６１に駆動力Ｐｔ１を発生させているものとする。そして、その際、内燃機関１においては、燃料噴射量Ｆ（Ｆ１）やスロットル開度θ_th（θ_th１）が制御されて図２に示す定常走行時の動作線Ｌｎ上の例えば交点ｖ１（機関回転数Ｎｅ１，機関トルクＴｅ１）の動作点でリーン燃焼を行っているものとする。

ここで、かかる状況下において、例えば運転者のアクセルペダル操作等によりメインＥＣＵ７１がリーン燃焼からストイキ燃焼への空燃比の切り替えを判断し、ストイキ燃焼への空燃比切替要求を機関ＥＣＵ７２に対して与えたとする（ステップＳＴ１）。

かかる場合、機関ＥＣＵ７２は、その空燃比切替要求を受け取ると、空燃比切替制御機能により、現在の燃料噴射量Ｆ１を略一定に保ったままスロットルバルブアクチュエータ３ａを制御してスロットルバルブ３を急速に閉じ（スロットル開度θ_th＝０）、リーン空燃比から理論空燃比へと切り替える（ステップＳＴ２）。その際、この機関ＥＣＵ７２は、理論空燃比への切り替えに合わせて点火プラグ５の点火時期を遅角制御する。このようにリーン空燃比から理論空燃比へと急速に切り替えることによって、その中間リーン空燃比での燃焼時間が短くなりＮＯｘ排出量が低減される。

ここで、上記の如く空燃比が理論空燃比へと急速に切り替えられると、図４に示す如く、機関トルクＴｅが一瞬低下し、その後にトルク変動前の機関トルクＴｅ１に戻るので、そのトルク変動分の補正を行う（ステップＳＴ３）。

具体的には、上記機関ＥＣＵ７２への空燃比切替要求と共に、空燃比切替時のトルク変動分に相当する電動機動力補正値をメインＥＣＵ７１が電動機ＥＣＵ７３に対して予め送っている。これが為、この電動機ＥＣＵ７３は、機関ＥＣＵ７２による空燃比の切り替えに伴い、電動機３１の動力Ｐｍを瞬時に増加させた後、機関トルクＴｅの戻りに合わせて電動機３１の動力増加分を減少させていく。これにより、内燃機関１での機関トルクＴｅの低下分が補われ、駆動軸６１においては駆動力Ｐｔ１を略一定に保つことができるので、内燃機関１のトルク変動に伴うトルクショックが低減されてドライバビリティの悪化を防ぐことができる。

尚、そのトルク変動の補正は内燃機関１の燃料噴射量を増加させて行ってもよいが、その場合には空燃比が理論空燃比からリッチ空燃比へと変化して燃料消費量が増加してしまうので、上記の如く電動機３１により補正することが好ましい。

しかる後、機関ＥＣＵ７２は、動作モード切替機能により、理論空燃比の状態で機関動力Ｐｅ１を一定に保ったまま機関回転数Ｎｅと機関トルクＴｅを図２に示す機関動力Ｐｅ１の等パワー線上で徐々に変化させて、内燃機関１の動作点を高負荷時の動作線Ｌｈ上にまで移動させる。即ち、この機関ＥＣＵ７２は、燃料噴射弁４やスロットルバルブアクチュエータ３ａを制御することにより燃料噴射量Ｆやスロットル開度θ_thを増加させ、内燃機関１の動作点を定常走行時の動作線Ｌｎ上の交点ｖ１（機関回転数Ｎｅ１，機関トルクＴｅ１）から高負荷時の動作線Ｌｈ上の交点ｖ２（機関回転数Ｎｅ２，機関トルクＴｅ２）へと機関動力Ｐｅ１のまま移動させて、高負荷時の動作モードへと切り替える（ステップＳＴ４）。このように、理論空燃比の状態で機関動力Ｐｅ１を一定に保ったまま機関回転数Ｎｅと機関トルクＴｅを徐々に変化させるので、トルクショックの低減が図れる。

以降、内燃機関１においては、次の空燃比切替要求があるまで、機関ＥＣＵ７２の機関動力制御機能により、その動作点が高負荷時の動作線Ｌｈ上で制御される。

次に、高負荷走行から定常走行（ストイキ空燃比からリーン空燃比）へと切り替える際の動作について、図２の機関回転数Ｎｅ−機関トルクＴｅ特性線図、図５のフローチャート及び図６のタイムチャートを用いて説明する。

ここでは、図６に示す如く、内燃機関１の機関動力Ｐｅ２（＝機関回転数Ｎｅ３×機関トルクＴｅ３）と電動機３１の動力Ｐｍ２とで駆動軸６１に駆動力Ｐｔ２を発生させているものとする。そして、その際、内燃機関１においては、燃料噴射量Ｆ（Ｆ３）やスロットル開度θ_th（θ_th２）が制御されて図２に示す高負荷時の動作線Ｌｈ上の例えば交点ｖ３（機関回転数Ｎｅ３，機関トルクＴｅ３）の動作点でストイキ燃焼を行っているものとする。

ここで、かかる状況下において、メインＥＣＵ７１がストイキ燃焼からリーン燃焼への空燃比の切り替えを判断し、リーン燃焼への空燃比切替要求を機関ＥＣＵ７２に対して与えたとする（ステップＳＴ１１）。

この場合の機関ＥＣＵ７２は、その空燃比切替要求を受け取ると、動作モード切替機能により、理論空燃比の状態で機関動力Ｐｅ２を一定に保ったまま機関回転数Ｎｅと機関トルクＴｅを図２に示す機関動力Ｐｅ２の等パワー線上で徐々に変化させて、内燃機関１の動作点を定常走行時の動作線Ｌｎ上にまで移動させる。即ち、この機関ＥＣＵ７２は、燃料噴射量Ｆやスロットル開度θ_thを制御することにより、内燃機関１の動作点を高負荷時の動作線Ｌｈ上の交点ｖ３（機関回転数Ｎｅ３，機関トルクＴｅ３）から定常走行時の動作線Ｌｎ上の交点ｖ４（機関回転数Ｎｅ４，機関トルクＴｅ４）へと機関動力Ｐｅ２のまま移動させ、定常走行時の動作モードへと切り替える（ステップＳＴ１２）。このように、理論空燃比の状態で機関動力Ｐｅ２を一定に保ったまま機関回転数Ｎｅと機関トルクＴｅを徐々に変化させるので、トルクショックの低減が図れる。

しかる後、この機関ＥＣＵ７２は、空燃比切替制御機能により、現在の燃料噴射量を略一定に保ったままスロットルバルブアクチュエータ３ａを制御してスロットルバルブ３を急速に開き（スロットル開度θ_th＝ＷＯＴ）、理論空燃比からリーン空燃比へと切り替える（ステップＳＴ１３）。その際、この機関ＥＣＵ７２は、リーン空燃比への切り替えに合わせて点火プラグ５の点火時期を進角制御する。このようにして理論空燃比からリーン空燃比へと急速に切り替えることによって、その中間リーン空燃比での燃焼時間が短くなりＮＯｘ排出量が低減される。

以降、内燃機関１においては、次の空燃比切替要求があるまで、機関ＥＣＵ７２の機関動力制御機能により、その動作点が定常走行時の動作線Ｌｎ上で制御される。

以上示した如く、本実施例１の動力制御装置によれば、空燃比を急速に切り替えて中間リーン空燃比での燃焼時間を最小限に抑えるので、ＮＯｘの排出量を低減させることができる。また、空燃比を略一定に保った状態で内燃機関１の機関動力Ｐｅが一定になるよう機関回転数Ｎｅと機関トルクＴｅを制御して動作モードを切り替えるので、トルクショックを低減することができ、ドライバビリティの向上を図ることができる。

更に、リーン空燃比から理論空燃比へと急速に切り替える際に内燃機関１にトルク変動が生じてもそのトルク変動分を電動機３１で補正するので、急速な空燃比の切り替えによるトルクショックが低減され、更なるドライバビリティの向上を図ることができる。

また更に、リーン空燃比から理論空燃比へと切り替えるときには、理論空燃比へ切り替えた後に当該理論空燃比の状態で内燃機関１の機関トルクＴｅを増加させるので、そのトルク特性の向上が図り易くなり、理論空燃比からリーン空燃比へと切り替えるときには、リーン空燃比へ切り替える前に理論空燃比の状態で内燃機関１の機関トルクＴｅを減少させるので、電動機３１への負担を軽減することができる。また、その理論空燃比の状態で動作モードを切り替えるので、浄化効率が高い状態でＮＯｘ還元触媒を機能させることができ、これが為、車外へのＮＯｘ排出量を低減することができる。

次に、本発明に係る車輌の動力制御方法及びその動力制御装置の実施例２を図７から図１１に基づいて説明する。ここで、本実施例２にあっては、原動機を動力源とし、その動力によって駆動軸６１を駆動させる車輌について例示する。

本実施例２の車輌には、原動機としての内燃機関１と、この内燃機関１から出力された機関動力Ｐｅを駆動軸６１へ伝達する変速機５２Ａや減速機５２Ｂ等からなる動力伝達機構５２が設けられている。

本実施例２の内燃機関１としては、前述した実施例１と同等の構成からなり、その実施例１と同様の機関動力制御機能，動作モード切替機能及び空燃比切替制御機能が設けられた機関ＥＣＵ７２により制御されるものを例示する。

また、本実施例２の変速機５２Ａとしては、内燃機関１のクランクシャフト２からの機関動力Ｐｅが伝達される入力軸たるプライマリプーリ軸５２ａと、このプライマリプーリ軸５２ａに固定された固定シーブ５２ｂ₁及び当該プライマリプーリ軸５２ａ上を軸線方向に摺動し得ると共に一体となって回転する可動シーブ５２ｂ₂からなるプライマリプーリ５２ｂと、そのプライマリプーリ軸５２ａに対して間隔を設けて平行に配置された出力軸たるセカンダリプーリ軸５２ｃと、そのセカンダリプーリ軸５２ｃに固定された固定シーブ５２ｄ₁及び当該セカンダリプーリ軸５２ｃ上を軸線方向に摺動し得ると共に一体となって回転する可動シーブ５２ｄ₂からなるセカンダリプーリ５１ｄと、そのプライマリプーリ５２ｂとセカンダリプーリ５２ｄとの間に巻き掛けられた無端ベルト５２ｅとを備えたベルト式無段変速機を用いる。

ここで、この種のベルト式無段変速機５２Ａにおいては、プライマリプーリ５２ｂにおける無端ベルト５２ｅの巻き掛け半径とセカンダリプーリ５２ｄにおける無端ベルト５２ｅの巻き掛け半径とによって変速比γが定められる。そして、この変速比γは、例えば、プライマリプーリ５２ｂの可動シーブ５２ｂ₂を軸線方向に適宜摺動させ、夫々の無端ベルト５２ｅとの巻き掛け半径を変更することによって設定される。

これが為、このベルト式無段変速機５２Ａには、プライマリプーリ５２ｂの可動シーブ５２ｂ₂を軸線方向に摺動させる油圧モータ又は電動モータ等のアクチュエータや歯車群等からなる可動シーブ摺動機構５２ｆが設けられており、更に、この可動シーブ摺動機構５２ｆの動作を制御する，換言すれば変速比γを制御する電子制御装置（以下「変速機ＥＣＵ」という。）７４が設けられている。

また、本実施例２にあっては、車輌全体の動作を制御するメインＥＣＵ７１が設けられており、このメインＥＣＵ７１と上述した機関ＥＣＵ７２及び変速機ＥＣＵ７４とによって本発明に係る動力制御装置が構成される。

以下に、本実施例２の動力制御装置における空燃比切替時の動作（動力制御方法）について説明する。

最初に、定常走行から高負荷走行（リーン空燃比からストイキ空燃比）へと切り替える際の動作について、図２の機関回転数Ｎｅ−機関トルクＴｅ特性線図、図８のフローチャート及び図９のタイムチャートを用いて説明する。

例えば、図９に示す如く、現在、本実施例２の内燃機関１が機関動力Ｐｅ１（＝機関回転数Ｎｅ１×機関トルクＴｅ１）を出力して駆動軸６１に駆動力Ｐｔ１を発生させているものとする。そして、その際、内燃機関１においては、燃料噴射量Ｆ（Ｆ１）やスロットル開度θ_th（θ_th１）が制御されて図２に示す定常走行時の動作線Ｌｎ上の例えば交点ｖ１（機関回転数Ｎｅ１，機関トルクＴｅ１）の動作点でリーン燃焼を行っているものとする。

ここで、かかる状況下において、例えば運転者のアクセルペダル操作等によりメインＥＣＵ７１がリーン燃焼からストイキ燃焼への空燃比の切り替えを判断し、ストイキ燃焼への空燃比切替要求を機関ＥＣＵ７２に対して与えたとする（ステップＳＴ２１）。

かかる場合、機関ＥＣＵ７２は、その空燃比切替要求を受け取ると、実施例１と同様に、空燃比切替制御機能によりスロットルバルブ３を急速に閉じて（スロットル開度θ_th＝０）リーン空燃比から理論空燃比へと切り替える（ステップＳＴ２２）。その際、この機関ＥＣＵ７２は、理論空燃比への切り替えに合わせて点火プラグ５の点火時期を遅角制御する。このようにリーン空燃比から理論空燃比へと急速に切り替えることによって、その中間リーン空燃比での燃焼時間が短くなりＮＯｘ排出量が低減される。

ここで、上記の如く空燃比が理論空燃比へと急速に切り替えられると、図９に示す如く、機関トルクＴｅが一瞬低下し、その後にトルク変動前の機関トルクＴｅ１に戻る。これが為、本実施例２にあっては、ベルト式無段変速機５２Ａによってそのトルク変動分の補正を行う（ステップＳＴ２３）。

具体的に、本実施例２にあっては、上記機関ＥＣＵ７２への空燃比切替要求と共に、空燃比切替時のトルク変動分に相当する変速比制御値をメインＥＣＵ７１が変速機ＥＣＵ７４に対して予め送っている。これが為、この変速機ＥＣＵ７４は、機関ＥＣＵ７２による空燃比の切り替えに伴い、その変速比制御値に応じて可動シーブ摺動機構５２ｆを制御し、ベルト式無段変速機５２Ａの変速比γを変速比γ１から上げた後に、機関トルクＴｅの戻りに合わせて元の変速比γ１まで戻していく。

これにより、図９に示す如く、機関動力Ｐｅ１を略一定に保たせつつ機関回転数Ｎｅが機関回転数Ｎｅ１から上昇した後、機関トルクＴｅの戻りに合わせて元の機関回転数Ｎｅ１まで戻るので、駆動軸６１の駆動力Ｐｔ１が略一定に保たれ、空燃比切替時の内燃機関１のトルク変動に伴うトルクショックが低減されてドライバビリティの悪化を防ぐことができる。

しかる後、理論空燃比の状態で内燃機関１の動作点を図２に示す機関動力Ｐｅ１の等パワー線上に沿って、図２に示す定常走行時の動作線Ｌｎ上の交点ｖ１（機関回転数Ｎｅ１，機関トルクＴｅ１）から高負荷時の動作線Ｌｈ上の交点ｖ２（機関回転数Ｎｅ２，機関トルクＴｅ２）まで移動させ、高負荷時の動作モードへと切り替える（ステップＳＴ２４）。

具体的に、先ず、機関ＥＣＵ７２の動作モード切替機能は、その交点ｖ１から交点ｖ２までの機関動力Ｐｅ１の等パワー線上における機関回転数Ｎｅと機関トルクＴｅとの対応関係を時系列の情報として求め、これをメインＥＣＵ７１へと送る。しかる後、このメインＥＣＵ７１は、その情報に基づいて、機関回転数Ｎｅの変化に対応したベルト式無段変速機５２Ａの変速比γの遷移情報を時系列の情報として求め、これと共に変速比制御要求を変速機ＥＣＵ７４に対して送る。

これにより、機関ＥＣＵ７２の動作モード切替機能が燃料噴射弁４やスロットルバルブアクチュエータ３ａを制御し、理論空燃比の状態を維持したまま燃料噴射量Ｆやスロットル開度θ_thを増加させて機関トルクＴｅを機関トルクＴｅ２まで徐々に増加させる一方、変速機ＥＣＵ７４が可動シーブ摺動機構５２ｆを制御して変速比γを変速比γ２まで徐々に下げることにより機関回転数Ｎｅを機関回転数Ｎｅ２まで徐々に低下させて、機関動力Ｐｅ１を一定に保った状態で内燃機関１の動作点を図２に示す機関動力Ｐｅ１の等パワー線上で徐々に変化させる。このようにして、内燃機関１の動作点を交点ｖ１から交点ｖ２へと機関動力Ｐｅ１のまま移動させ、高負荷時の動作モードへと切り替える。このように、理論空燃比の状態で機関動力Ｐｅ１を一定に保ったまま機関回転数Ｎｅと機関トルクＴｅを徐々に変化させるので、トルクショックの低減が図れる。

以降、内燃機関１においては、次の空燃比切替要求があるまで、機関ＥＣＵ７２の機関動力制御機能により、その動作点が高負荷時の動作線Ｌｈ上で制御される。

次に、高負荷走行から定常走行（ストイキ空燃比からリーン空燃比）へと切り替える際の動作について、図２の機関回転数Ｎｅ−機関トルクＴｅ特性線図、図１０のフローチャート及び図１１のタイムチャートを用いて説明する。

ここでは、図１１に示す如く、内燃機関１が機関動力Ｐｅ２（＝機関回転数Ｎｅ３×機関トルクＴｅ３）を出力して駆動軸６１に駆動力Ｐｔ２を発生させているものとする。そして、その際、内燃機関１においては、燃料噴射量Ｆ（Ｆ３）やスロットル開度θ_th（θ_th２）が制御されて図２に示す高負荷時の動作線Ｌｈ上における例えば交点ｖ３（機関回転数Ｎｅ３，機関トルクＴｅ３）の動作点でストイキ燃焼を行っているものとする。

ここで、かかる状況下において、メインＥＣＵ７１がストイキ燃焼からリーン燃焼への空燃比の切り替えを判断し、リーン燃焼への空燃比切替要求を機関ＥＣＵ７２に対して与えたとする（ステップＳＴ３１）。

かかる場合にあっては、先ず、理論空燃比の状態で内燃機関１の動作点を図２に示す機関動力Ｐｅ２の等パワー線上に沿って、図２に示す高負荷時の動作線Ｌｈ上の交点ｖ３（機関回転数Ｎｅ３，機関トルクＴｅ３）から定常走行時の動作線Ｌｎ上の交点ｖ４（機関回転数Ｎｅ４，機関トルクＴｅ４）まで移動させ、定常走行時の動作モードへと切り替える（ステップＳＴ３２）。

具体的には、機関ＥＣＵ７２の動作モード切替機能がその交点ｖ３から交点ｖ４までの機関動力Ｐｅ２の等パワー線上における機関回転数Ｎｅと機関トルクＴｅとの対応関係を時系列の情報として求め、これをメインＥＣＵ７１へと送る。しかる後、このメインＥＣＵ７１は、その情報に基づいて、機関回転数Ｎｅの変化に対応したベルト式無段変速機５２Ａの変速比γの遷移情報を時系列の情報として求め、これと共に変速比制御要求を変速機ＥＣＵ７４に対して送る。

これにより、機関ＥＣＵ７２の動作モード切替機能が燃料噴射弁４やスロットルバルブアクチュエータ３ａを制御し、理論空燃比の状態を維持したまま燃料噴射量Ｆやスロットル開度θ_thを減少させて機関トルクＴｅを機関トルクＴｅ４まで徐々に低下させる一方、変速機ＥＣＵ７４が可動シーブ摺動機構５２ｆを制御して変速比γを変速比γ４まで徐々に上げることにより機関回転数Ｎｅを機関回転数Ｎｅ４まで徐々に上昇させて、機関動力Ｐｅ２を一定に保った状態で内燃機関１の動作点を図２に示す機関動力Ｐｅ２の等パワー線上で徐々に変化させる。このようにして、内燃機関１の動作点を交点ｖ３から交点ｖ４へと機関動力Ｐｅ２のまま移動させ、定常走行時の動作モードへと切り替える。このように、理論空燃比の状態で機関動力Ｐｅ２を一定に保ったまま機関回転数Ｎｅと機関トルクＴｅを徐々に変化させるので、トルクショックの低減が図れる。

しかる後、機関ＥＣＵ７２は、実施例１と同様に、空燃比切替制御機能によりスロットルバルブ３を急速に開いて（スロットル開度θ_th＝ＷＯＴ）理論空燃比からリーン空燃比へと切り替える（ステップＳＴ３３）。その際、この機関ＥＣＵ７２は、リーン空燃比への切り替えに合わせて点火プラグ５の点火時期を進角制御する。このようにして理論空燃比からリーン空燃比へと急速に切り替えることによって、その中間リーン空燃比での燃焼時間が短くなりＮＯｘ排出量が低減される。

以降、内燃機関１においては、次の空燃比切替要求があるまで、機関ＥＣＵ７２の機関動力制御機能により、その動作点が定常走行時の動作線Ｌｎ上で制御される。

以上示した如く本実施例２の動力制御装置によれば、実施例１と同様に、急速な空燃比の切り替えにより中間リーン空燃比での燃焼時間を最小限に抑えてＮＯｘ排出量の低減を図ることができ、また、空燃比を略一定に保った状態で且つ内燃機関１の機関動力Ｐｅを一定にしたまま動作モードを切り替えるので、トルクショックを低減させてドライバビリティの向上を図ることができる。

更に、リーン空燃比から理論空燃比へと急速に切り替える際の内燃機関１のトルク変動をベルト式無段変速機５２Ａの変速比γの制御によって相殺させるので、その際のトルクショックが低減されて更なるドライバビリティの向上が図れ、また、理論空燃比の状態で動作モードを切り替えるので、浄化効率が高い状態でＮＯｘ還元触媒を機能させることができ、車外へのＮＯｘ排出量を低減することができる。

以上のように、本発明に係る車輌の動力制御方法及びその動力制御装置は、車外へのＮＯｘ排出量を低減しつつトルクショックを抑制し得る技術として有用である。

本発明に係る動力制御装置の実施例１の構成を示す図である。 本発明に適用される内燃機関の機関回転数Ｎｅ−機関トルクＴｅ特性の一例を示す図である。 実施例１における動力制御装置の動作を説明するフローチャートであって、リーン空燃比からストイキ空燃比へと切り替える際の一例を示す図である。 実施例１における動力制御装置により制御された内燃機関及び電動機の動力等の値と駆動軸の駆動力の時間経過に伴う変化を示すタイムチャートであって、リーン空燃比からストイキ空燃比へと切り替える際の一例を示す図である。 実施例１における動力制御装置の動作を説明するフローチャートであって、ストイキ空燃比からリーン空燃比へと切り替える際の一例を示す図である。 実施例１における動力制御装置により制御された内燃機関及び電動機の動力等の値と駆動軸の駆動力の時間経過に伴う変化を示すタイムチャートであって、ストイキ空燃比からリーン空燃比へと切り替える際の一例を示す図である。 本発明に係る動力制御装置の実施例２の構成を示す図である。 実施例２における動力制御装置の動作を説明するフローチャートであって、リーン空燃比からストイキ空燃比へと切り替える際の一例を示す図である。 実施例２における動力制御装置により制御された内燃機関及び電動機の動力等の値と駆動軸の駆動力の時間経過に伴う変化を示すタイムチャートであって、リーン空燃比からストイキ空燃比へと切り替える際の一例を示す図である。 実施例２における動力制御装置の動作を説明するフローチャートであって、ストイキ空燃比からリーン空燃比へと切り替える際の一例を示す図である。 実施例２における動力制御装置により制御された内燃機関及び電動機の動力等の値と駆動軸の駆動力の時間経過に伴う変化を示すタイムチャートであって、ストイキ空燃比からリーン空燃比へと切り替える際の一例を示す図である。

符号の説明

１ 内燃機関（原動機）
３ スロットルバルブ
３ａ スロットルバルブアクチュエータ
４ 燃料噴射弁
５ 点火プラグ
２１ 発電機
３１ 電動機
４１ バッテリ
４２ インバータ
５１ 動力伝達機構
７１ メインＥＣＵ
７２ 機関ＥＣＵ
７３ 電動機ＥＣＵ

Claims (7)

1. 少なくとも原動機の動力で駆動軸に駆動力を発生させる車輌の動力制御方法であって、
   前記原動機における空燃比の切替要求を受け付ける工程と、
   前記空燃比の切替要求に応じてＮＯｘ排出量の多い空燃比での燃焼時間が短くなるよう空燃比の切替制御を行う空燃比切替制御工程と、
   前記原動機の動力制御パターンを前記空燃比の切替要求に応じた動作モードへと切り替える際に、空燃比を略一定に維持した状態で前記原動機から出力される動力を制御する動作モード切替工程と、
   を有することを特徴とした車輌の動力制御方法。
2. 前記空燃比切替制御工程における切り替え前後の双方の空燃比の内、該空燃比が前記ＮＯｘ還元触媒の浄化効率の良い空燃比に近い状態のときに前記動作モード切替工程を実行することを特徴とした請求項１記載の車輌の動力制御方法。
3. 前記空燃比の切替要求が薄い空燃比から濃い空燃比への切替要求である場合、前記空燃比切替制御工程を実行した後に前記動作モード切替工程を実行することを特徴とした請求項２記載の車輌の動力制御方法。
4. 前記空燃比の切替要求が濃い空燃比から薄い空燃比への切替要求である場合、前記動作モード切替工程を実行した後に前記空燃比切替制御工程を実行することを特徴とした請求項２記載の車輌の動力制御方法。
5. 前記空燃比切替時における原動機のトルク変動を前記駆動軸に駆動力を発生させる電動機の動力で補正するトルク変動補正工程を設けたことを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載の車輌の動力制御方法。
6. 前記空燃比切替時における原動機のトルク変動を無段変速機の変速比を変更して補正するトルク変動補正工程を設けたことを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載の車輌の動力制御方法。
7. 少なくとも原動機の動力で駆動軸に駆動力を発生させる車輌の動力制御装置であって、
   前記原動機における空燃比の切替要求を行う機能と、
   前記空燃比の切替要求に応じてＮＯｘ排出量の多い空燃比での燃焼時間が短くなるよう空燃比の切替制御を行う空燃比切替制御機能と、
   前記原動機の動力制御パターンを前記空燃比の切替要求に応じた動作モードへと切り替える際に、空燃比を略一定に維持した状態で前記原動機から出力される動力を制御する動作モード切替機能と、
   を備えたことを特徴とする車輌の動力制御装置。
   

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