JP2006266240A - ハイブリッド車両の燃料噴射量補正装置 - Google Patents

ハイブリッド車両の燃料噴射量補正装置 Download PDF

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佳宜 橋本
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Abstract

【課題】ハイブリッド車両のエンジンの各気筒のインジェクタから噴射される燃料量に関して、気筒間のバラツキを低減することが可能なハイブリッド車両の燃料噴射量補正装置を提供する。
【解決手段】エンジンと、前記エンジンをクランキングするモータジェネレータと、前記エンジンの複数の気筒の燃料噴射量のばらつきが抑制されるように前記気筒の前記燃料噴射量を補正する噴射量補正手段とを備えたハイブリッド車両の燃料噴射量補正装置であって、前記噴射量補正手段は、前記複数の気筒にそれぞれ対応する複数の前記モータジェネレータの回転数に対応するパラメータ(ステップS8)に基づいて、前記燃料噴射量の補正量を決定する(ステップS19)。
【選択図】 図1

Description

本発明は、ハイブリッド車両の燃料噴射量補正装置に関する。
エンジンにおいて、各気筒のインジェクタから噴射された燃料量に関して、気筒間でバラツキが無いことが望ましい。特に、ディーゼルエンジンでは、インジェクタから噴射された燃料量で出力トルクが略決定されるので、気筒間で、例えばインジェクタの通電時間−噴射量の相関、噴射特性の劣化等を原因として、噴射量のバラツキがあると、トルク変動が発生して、車両振動レベルが悪化し、低周波振動が発生する。また、気筒間で噴射量が不均一となることにより、エミッションレベルが悪化する。
従来のディーゼルエンジンでは、アイドル領域(軽負荷領域)においてクランクスピードの気筒間差に基づいて、気筒毎のインジェクタからの噴射に関する不均量が補正されていた。ところが、クランクスピードは、トルクと厳密には一致しないことがある。また、気筒間の噴射量のバラツキ補正量の検出機会がアイドル領域に限定され、エンジンのフリクションの影響を受けることから、エンジンオイルの種類などの影響を受けることがあり、補正精度がよくないことがある。
従来、ディーゼルエンジンの気筒別噴射量補正方法として、下記特許文献1に記載された技術がある。この特許文献1には、爆発気筒毎の回転変動を検出し、気筒毎の回転変動偏差に基づいて補正量を気筒毎に学習して、気筒間の燃料噴射量のばらつきによるディーゼルエンジンの振動を抑制する技術が開示されている。
特公平5−26943号公報
ハイブリッド車両において、エンジンの各気筒のインジェクタから噴射される燃料量に関して、気筒間のバラツキが低減されることが望まれている。
本発明の目的は、ハイブリッド車両のエンジンの各気筒のインジェクタから噴射される燃料量に関して、気筒間のバラツキを低減することが可能なハイブリッド車両の燃料噴射量補正装置を提供することである。
本発明のハイブリッド車両の燃料噴射量補正装置は、エンジンと、前記エンジンをクランキングするモータジェネレータと、前記エンジンの複数の気筒の燃料噴射量のばらつきが抑制されるように前記気筒の前記燃料噴射量を補正する噴射量補正手段とを備えたハイブリッド車両の燃料噴射量補正装置であって、前記噴射量補正手段は、前記複数の気筒にそれぞれ対応する複数の前記モータジェネレータの回転数または前記複数のモータジェネレータの回転数に対応するパラメータに基づいて、前記燃料噴射量の補正量を決定することを特徴としている。
本発明のハイブリッド車両の燃料噴射量補正装置において、前記モータジェネレータの回転数に対応するパラメータは、前記モータジェネレータの制御電流であることを特徴としている。
本発明のハイブリッド車両の燃料噴射量補正装置において、2つの前記モータジェネレータと、前記2つのモータジェネレータと前記エンジンとを結合するプラネタリギヤと、第1の前記モータジェネレータを差動状態とロック状態とに選択的に切り換える切り換え手段とを備え、前記プラネタリギヤのサンギヤに前記第1のモータジェネレータが結合され、前記プラネタリギヤのキャリアに前記エンジンの出力軸が結合され、前記プラネタリギヤのリングギヤに第2の前記モータジェネレータ及び車軸が結合され、車両が停止しているときには、前記第1のモータジェネレータが差動状態とされ、前記噴射量補正手段は、前記第1のモータジェネレータの回転数または前記第1のモータジェネレータの回転数に対応するパラメータに基づいて、前記燃料噴射量の補正量を決定し、車両が走行しているときには、前記第1のモータジェネレータがロック状態とされ、前記噴射量補正手段は、前記第2のモータジェネレータの回転数または前記第2のモータジェネレータの回転数に対応するパラメータに基づいて、前記燃料噴射量の補正量を決定することを特徴としている。
本発明のハイブリッド車両の燃料噴射量補正装置において、前記燃料噴射量の補正量には、上限値が設定され、前記車両が走行しているときに前記第2のモータジェネレータの回転数または前記第2のモータジェネレータの回転数に対応するパラメータに基づいて決定された前記燃料噴射量の補正量に対する前記上限値は、前記車両が停止しているときに前記第1のモータジェネレータの回転数または前記第1のモータジェネレータの回転数に対応するパラメータに基づいて決定された前記燃料噴射量の補正量に対する前記上限値に比べて、小さな値に設定されていることを特徴としている。
本発明によれば、ハイブリッド車両のエンジンの各気筒のインジェクタから噴射される燃料量に関して、気筒間のバラツキを低減することが可能となる。
以下、本発明のハイブリッド車両の燃料噴射量補正装置の一実施形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。
(第1実施形態)
ハイブリッド車両では、エンジンの出力軸にモータジェネレータ(MG)が結合されており、このMGの回転数、制御電流量に基づいて、エンジンの各気筒の実トルクを推定することにより、各気筒における燃料の噴射バラツキを補正することができる。従来のディーゼルエンジンにおけるクランクスピードに基づくトルク推定方法よりも、高精度にエンジンの各気筒のトルクの推定が可能となる。
図1から図9を参照して、第1実施形態について説明する。
本実施形態は、ディーゼルエンジンのハイブリッド車両の燃料噴射量補正装置である。
図9は、本実施形態に係るハイブリッド車両の概略構成図である。図9に示すように、車両には、動力源として、ディーゼルエンジン(DE)11と、電気モータとしてのモータジェネレータ(MG)12と、DE11の出力を受けて発電を行うモータジェネレータ(MG)13とが搭載されている。これらのDE11とMG12とMG13は、動力分割機構14によって接続されている。この動力分割機構14は、DE11の出力をMG13と駆動輪15とに振り分けると共に、MG12からの出力を駆動輪15に伝達したり、減速機16及び駆動軸17を介して駆動輪15に伝達される駆動力に関する変速機として機能する。
MG12は、交流同期電動機であり、交流電力によって駆動される。インバータ18は、バッテリ19に蓄えられた電力を直流から交流に変換してMG12に供給すると共に、MG13によって発電される電力を交流から直流に変換してバッテリ19に蓄えるためのものである。MG13も、基本的には上述したMG12とほぼ同様の構成を有しており、交流同期電動機としての構成を有している。MG13は、主としてDE11の出力を受けて発電するものである。
また、MG12は、主として駆動力を発生させるが、駆動輪15の回転を利用して発電(回生発電)することもでき、発電機として機能することも可能である。このとき、駆動輪15には、ブレーキ(回生ブレーキ)が作用するので、これをフットブレーキやエンジンブレーキと併用することにより、車両を制動させることができる。一方、MG13は、主として、DE11の出力を受けて発電をするが、インバータ18を介してバッテリ19の電力を受けて駆動する電動機としても機能することができる。
DE11のクランクシャフト20には、ピストン位置及びエンジン回転数を検出するクランクポジションセンサ21が設けられている。このクランクポジションセンサ21は、エンジンECU22に接続されており、検出結果を出力する。また、MG12及びMG13のそれぞれの駆動軸23,24には、それぞれの回転位置及び回転数を検出する回転数センサ25,26が設けられている。各回転数センサ25,26は、それぞれモータECU27に接続されており、検出結果を出力する。
上述した動力分割機構14は、プラネタリギヤユニットにより構成されている。即ち、この動力分割機構(プラネタリギヤユニット)14は、サンギヤ41と、このサンギヤ41の周囲に配置された複数のプラネタリギヤ42と、これら複数のプラネタリギヤ42を保持するギヤキャリア43と、プラネタリギヤ42の更に外周に配置されたリングギヤ44とから構成されている。
DE11のクランクシャフト20が中心軸45を介してギヤキャリア43に結合されており、DE11の出力は、プラネタリギヤユニット14のギヤキャリア43に入力される。また、MG12は、内部にステータ46とロータ47を有しており、このロータ47が駆動軸23を介してリングギヤ44に結合され、ロータ47及びリングギヤ44は、図示しないギヤユニットを介して減速機16に結合されている。この減速機16は、MG12からプラネタリギヤユニット14のリングギヤ44に入力されたMG12の出力を駆動軸17に伝達するものであり、MG12は、駆動軸17と常時接続された状態となっている。
また、MG13は、上述したMG12と同様に、内部にステータ48とロータ49を有しており、このロータ49が駆動軸24及び図示しないギヤユニットを介してサンギヤ41に結合されている。つまり、DE11の出力は、プラネタリギヤユニット14で分割され、サンギヤ41を介してMG13のロータ49に入力される。また、DE11の出力は、プラネタリギヤユニット14で分割され、リングギヤ44などを介して駆動軸17にも伝達可能となっている。
MG13には、プラネタリギヤユニット14を作動状態と非作動状態に切り換える切換手段としてのロック機構50が設けられている。このロック機構50は、モータECU27により作動可能であり、MG13のロータ49の回転を停止することで、プラネタリギヤユニット14を非作動状態、つまり、ロック状態とし、MG13の駆動による電力消費を低減することができる。
上述した各種制御は、複数の電子制御ユニット(ECU)によって制御される。ハイブリッド車両として特徴的なDE11による駆動とMG12及びMG13による駆動とは、メインECU28によって総合的に制御される。即ち、メインECU28により、DE11の出力とMG12及びMG13による出力の配分が決定され、DE11、MG12及びMG13を制御すべく、各制御指令がエンジンECU22及びモータECU27に出力される。
また、エンジンECU22及びモータECU27は、DE11、MG12及びMG13の情報をメインECU28にも出力する。このメインECU28は、バッテリ19を制御するバッテリECU29やブレーキを制御するブレーキECU30にも接続されている。このバッテリECU29は、バッテリ19の充電状態を監視し、充電量が不足した場合には、メインECU28に対して充電要求指令を出力する。充電要求を受けたメインECU28は、バッテリ19に充電をするようにMG13を発電させる制御を行う。ブレーキECU30は、車両の制動を司っており、メインECU28と共にMG12による回生ブレーキを制御する。
図8は、DE11とMG12とMG13とプラネタリギヤユニット14との接続関係を示す概略斜視図である。図8に示すように、DE11のクランクシャフトは、ギヤキャリア43に結合されており、DE11の出力は、ギヤキャリア43に入力される。MG12のロータは、駆動軸23を介してリングギヤ44に結合され、リングギヤ44は、ギヤユニットを介してデフ機構に結合されている。このデフ機構は、MG12からリングギヤ44に送られた駆動力を駆動軸に伝達するものである。MG13のロータは、駆動軸24及び図示しないギヤユニットを介してサンギヤ41に結合されている。これにより、DE11の出力は、プラネタリギヤユニット14で分割され、サンギヤ41を介してMG13のロータに入力される。また、DE11の出力は、プラネタリギヤユニット14で分割され、リングギヤ44などを介して駆動軸にも伝達可能となっている。
上記の構成から、MG12の回転変動が車両の振動につながる。このため、図5及び図6に示すように、DE11及びMGによる駆動力を用いて車両が走行しているときには、MG12の回転変動を抑制するように、MG13又はMG12の回転を制御する。この場合、DE11に回転変動や振動があると、MG13やMG12の回転にも悪影響が及ぶ。
DE11の特定の気筒に噴射特性の劣化があった場合、DE11の燃料噴射量と、MG(MG12又はMG13)の制御電流の相関は、図7に示すようになる。図7では、DE11の#4の気筒の燃料噴射量Q#4が全気筒の平均燃料噴射量Qaveと比べて少なく、そのことが、#4の気筒のMGの制御電流I#4が全気筒のMGの平均制御電流Iaveと比べて少ないことに対応している。
このような場合、DE11の特定の気筒に対応するMGの制御電流Iが、MGの平均制御電流Iaveに対してずれた分(図7の符号(イ))を噴射量バラツキ分(図7の符号(ロ))として検出することができる。
インジェクタの劣化、バラツキは、徐々に進行していくため、瞬時の検出値に基づいて、補正量が決定されると、過補正となり、かえってバラツキが大きくなってしまう。そこで、DE11の各気筒の燃料噴射量の指令値(図2のQ)に対して、MGの制御電流の平均値に対する変動分の積算平均値(図2のR12#n ave, R13#n ave)を算出することで、各気筒の燃料噴射量の補正量を決定することができる。
上記燃料補正量の算出条件は、車両停止時であってDE11が始動中であること(図4)、又は、定常走行中であってMG13がロック中であること(図3)とする。前者(図4)の場合には、MG12が停止中であり、後者(図3)の場合には、MG13が停止中であるため、DE11の回転変動(図7の符号(イ))をMGの回転変動(図7の符号(ロ))に基づいて、検出することができる。
上記において、車両停止中(図4)は、MG13の回転数は、DE11の回転数に対して増速されているため、DE11の回転変動の検出精度が向上する。また、MG13のロック中(図3)は、主として高速走行中(中〜高負荷)であり、燃料噴射量が多いことから、気筒間での噴射量バラツキが小さいことが分っている。このことから、MG13のロック中には、燃料噴射量の補正量に制限を設けて、必要最小限の補正量にガードしておけば、過補正の懸念がない。
次に、図1及び図2を参照して、本実施形態の動作を説明する。
以下の図1のフローチャートは、DE11の複数の気筒のそれぞれに対して実行される。
図1に示すように、まず、メインECU28により、DE11が始動しているか否かが判定される(ステップS1)。その判定の結果、DE11が始動している場合(ステップS1−Y)には、DE11の気筒番号(#n)が算出され(ステップS2)、その気筒に対する燃料噴射量の指令値Qが算出される(ステップS3)。ここで、燃料噴射量の指令値Qは、本制御フローに従って噴射量が補正された結果、実際にインジェクタから噴射されることが求められている値(気筒間の噴射量バラツキが無い状態での噴射量)である。
次いで、車両が停止中であるか否かが判定され(ステップS4)、その結果、車両が停止中である場合には、ステップS12に進み、車両が停止中ではない場合(ステップS4−N)には、MG13がロック中であるか否かが判定される(ステップS5)。MG13がロック中である場合(ステップS5−Y)は、上記図3の状態に対応する。この場合、上記ステップS3で算出された気筒に結合されたMG12の制御電流I12#nが算出される(ステップS6)。
次いで、DE11の全ての気筒にそれぞれ結合された複数のMG12の制御電流の平均値I12aveが算出される(ステップS7)。次に、上記ステップS7で求められたMG12の制御電流の平均値I12aveに対する、上記ステップS6で算出されたMG12の制御電流I12#nの比率であるR12#nが、I12#n/I12aveとして求められる(ステップS8)。次に、上記ステップS8で求められたR12#nの平均化処理が下記式1により行われ、R12#n aveが求められる(ステップS9)。
Figure 2006266240
次いで、R12#n aveが第1設定値よりも大きいか否かが判定され(ステップS10)、R12#n aveが第1設定値よりも大きいと判定された場合(ステップS10−Y)には、第1設定値がR12#n aveとされる(ステップS11)。上記ステップS10において、R12#n aveが第1設定値よりも大きいと判定されない場合(ステップS10−N)には、ステップS11をパスして、ステップS18に進む。
ここで、第1設定値は、R12#n aveの上限値(ガード値)として、R12#n aveが過大になることを抑制し、上述したように、燃料噴射量の過補正を抑制している。
後述するステップS16及びステップS17では、R13#n aveの上限値として第2設定値が設定されているが、上記のように、MG13のロック運転中(図3)の場合には、主に高速走行中(中負荷〜高負荷)で燃料噴射量が多いので、気筒間の噴射量バラツキが小さいことが分っていることから、第2設定値に比べて、第1設定値は小さく(補正量に対する制限が厳しく)設定されている。
一方、車両が停止中である場合(ステップS4−Y)は、上記図4の状態に対応する。この場合、上記ステップS3で算出された気筒に結合されたMG13の制御電流I13#nが算出される(ステップS12)。次いで、DE11の全ての気筒にそれぞれ結合された複数のMG13の制御電流の平均値I13aveが算出される(ステップS13)。
次に、上記ステップS13で求められたMG13の制御電流の平均値I13aveに対する、上記ステップS12で算出されたMG13の制御電流I13#nの比率であるR13#nが、I13#n/I13aveとして求められる(ステップS14)。次に、上記ステップS12で求められたR13#nの平均化処理が下記式2により行われ、R13#n aveが求められる(ステップS15)。
Figure 2006266240
次いで、R13#n aveが第2設定値よりも大きいか否かが判定され(ステップS16)、R13#n aveが第2設定値よりも大きいと判定された場合(ステップS16−Y)には、第2設定値がR13#n aveとされる(ステップS17)。上記ステップS16において、R13#n aveが第2設定値よりも大きいと判定されない場合(ステップS16−N)には、ステップS17をパスして、ステップS18に進む。ここで、第2設定値は、R13#n aveの上限値(ガード値)である。
次に、R12#n aveとR13#n aveの相関線の作成処理が行われる(ステップS18)。図2に示すように、上記ステップS2で算出された気筒に対して、R12#n aveとR13#n aveの2点から相関線Aが作成される。図2において、横軸は、上記ステップS3で算出された燃料噴射量の指令値Qである。さらに、インジェクタからの最大噴射量(1)の補正量をゼロとする。最大噴射量のレベルでは、バラツキが小さいためである。R12#n aveと上記(1)の2点でさらに相関線Bが作成される。
次に、これらの相関線A,Bと、燃料噴射量の指令値Qから、上記ステップS2で算出された気筒に対しての噴射補正量Qc#nが求められる。即ち、R12#n aveと、R13#n aveと、燃料噴射量の指令値Qの関数として、噴射補正量Qc#nが求められる(ステップS19,下記式3参照)。
Figure 2006266240
次に、上記ステップS19により求められた噴射補正量Qc#nと、上記燃料噴射量の指令値Qに基づいて、上記ステップS2で算出された気筒に対する最終噴射量Qfin#nが算出される(ステップS20,下記式4)。
Figure 2006266240
上記のことから、上記ステップS2で算出された気筒に対しては、最終噴射量Qfin#nが噴射指令値として与えられることにより、実際の噴射量が上記ステップS3で算出された噴射量Qの通りとなる。これにより、気筒間の噴射量のバラツキが抑制される。
上記実施形態では、MGの制御電流の平均値に対する変動分の積算平均値が算出されることで、噴射補正量が求められた。これは、MGの制御電流の瞬時値をもとに補正量を決定すると、過補正となり、かえって気筒間の噴射量のバラツキが大きくなることを抑制するためであるが、この目的を実現するためには、上記のように平均値を用いることに限定されない。例えば、MGの制御電流の瞬時値からそのまま補正量を求めるのではなく、複数回検出された瞬時値をなまし処理(前回値と今回値を足して2で割る処理)した後の値を用いて、補正量を求めることができる。または、MGの制御電流をバンドパスフィルタを通して特定周波数の変動分に対応する値を取り出し、その値に基づいて、補正量を求めることができる。なお、上記実施形態では、ディーゼルエンジンのハイブリッド車両に適用されたが、ガソリンエンジンのハイブリッド車両にも適用可能である。また、上記実施形態では、MGの回転数に対応するパラメータ(MGの制御電流)が用いられたが、これに代えて、MGの回転数自体が用いられることができる。
本発明のハイブリッド車両の燃料噴射量補正装置の第1実施形態の動作を示すフローチャートである。 本発明のハイブリッド車両の燃料噴射量補正装置の第1実施形態で用いられるグラフである。 本発明のハイブリッド車両の燃料噴射量補正装置の第1実施形態において、一のMGがロックされた状態でエンジンが始動中の状態を示す共線図である。 本発明のハイブリッド車両の燃料噴射量補正装置の第1実施形態において、車両が停止した状態でエンジンが始動中の状態を示す共線図である。 本発明のハイブリッド車両の燃料噴射量補正装置の第1実施形態において、モータとエンジンで走行中の状態を示す共線図である。 本発明のハイブリッド車両の燃料噴射量補正装置の第1実施形態において、二つのMGとエンジンの回転数の相関を示すグラフである。 本発明のハイブリッド車両の燃料噴射量補正装置の第1実施形態において、気筒間の噴射量バラツキとMGの制御電流の相関を示すグラフである。 本発明のハイブリッド車両の燃料噴射量補正装置の第1実施形態の構成の一部を示す斜視図である。 本発明のハイブリッド車両の燃料噴射量補正装置の第1実施形態のハイブリッド車両の概略構成を示す図である。
符号の説明
11 DE
12 MG
13 MG
14 プラネタリギヤユニット
18 インバータ
19 バッテリ
22 エンジンECU
27 モータECU
28 メインECU
29 バッテリECU
30 ブレーキECU

Claims (4)

  1. エンジンと、
    前記エンジンをクランキングするモータジェネレータと、
    前記エンジンの複数の気筒の燃料噴射量のばらつきが抑制されるように前記気筒の前記燃料噴射量を補正する噴射量補正手段と
    を備えたハイブリッド車両の燃料噴射量補正装置であって、
    前記噴射量補正手段は、前記複数の気筒にそれぞれ対応する複数の前記モータジェネレータの回転数または前記複数のモータジェネレータの回転数に対応するパラメータに基づいて、前記燃料噴射量の補正量を決定する
    ことを特徴とするハイブリッド車両の燃料噴射量補正装置。
  2. 請求項1記載のハイブリッド車両の燃料噴射量補正装置において、
    前記モータジェネレータの回転数に対応するパラメータは、前記モータジェネレータの制御電流である
    ことを特徴とするハイブリッド車両の燃料噴射量補正装置。
  3. 請求項1または2に記載のハイブリッド車両の燃料噴射量補正装置において、
    2つの前記モータジェネレータと、
    前記2つのモータジェネレータと前記エンジンとを結合するプラネタリギヤと、
    第1の前記モータジェネレータを差動状態とロック状態とに選択的に切り換える切り換え手段とを備え、
    前記プラネタリギヤのサンギヤに前記第1のモータジェネレータが結合され、
    前記プラネタリギヤのキャリアに前記エンジンの出力軸が結合され、
    前記プラネタリギヤのリングギヤに第2の前記モータジェネレータ及び車軸が結合され、
    車両が停止しているときには、前記第1のモータジェネレータが差動状態とされ、前記噴射量補正手段は、前記第1のモータジェネレータの回転数または前記第1のモータジェネレータの回転数に対応するパラメータに基づいて、前記燃料噴射量の補正量を決定し、
    車両が走行しているときには、前記第1のモータジェネレータがロック状態とされ、前記噴射量補正手段は、前記第2のモータジェネレータの回転数または前記第2のモータジェネレータの回転数に対応するパラメータに基づいて、前記燃料噴射量の補正量を決定する
    ことを特徴とするハイブリッド車両の燃料噴射量補正装置。
  4. 請求項3記載のハイブリッド車両の燃料噴射量補正装置において、
    前記燃料噴射量の補正量には、上限値が設定され、
    前記車両が走行しているときに前記第2のモータジェネレータの回転数または前記第2のモータジェネレータの回転数に対応するパラメータに基づいて決定された前記燃料噴射量の補正量に対する前記上限値は、前記車両が停止しているときに前記第1のモータジェネレータの回転数または前記第1のモータジェネレータの回転数に対応するパラメータに基づいて決定された前記燃料噴射量の補正量に対する前記上限値に比べて、小さな値に設定されている
    ことを特徴とするハイブリッド車両の燃料噴射量補正装置。
JP2005089374A 2005-03-25 2005-03-25 ハイブリッド車両の燃料噴射量補正装置 Pending JP2006266240A (ja)

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