JP2007168512A

JP2007168512A - ハイブリッド車両

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Publication number: JP2007168512A
Application number: JP2005366031A
Authority: JP
Inventors: Koichi Osawa; 幸一大澤; Atsushi Koike; 敦小池
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-12-20
Filing date: 2005-12-20
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2025-12-20
Also published as: JP4285477B2

Abstract

【課題】内燃機関の性能悪化を防止できるハイブリッド車両を提供する。
【解決手段】ハイブリッド車両１００は、バッテリＢ１と、バッテリＢ１から電力供給を受けて車輪を駆動するトルクを発生するモータジェネレータＭＧ２と、モータジェネレータＭＧ２と併用されて車輪を駆動するために運転されるエンジン４と、エンジン４の燃料を蓄積する燃料タンクと、バッテリＢ１の充電状態を含む車両状態が通常のＥＶ走行条件を満たすときに、エンジン４を停止させた状態でモータジェネレータＭＧ２によって車輪を駆動させるＥＶ走行を行なうように車両を制御する制御装置６０とを備える。制御装置６０は、燃料タンクに蓄積された燃料の性状が適切でないと予測される場合には、車両状態が通常のＥＶ走行条件を満たすときであっても、ＥＶ走行を行なわずにエンジン４を運転させて燃料を消費させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、ハイブリッド車両に関し、特に、内燃機関と回転電機を併用するハイブリッド車両に関する。

近年、環境に配慮した自動車として、ハイブリッド自動車が大きく注目されている。ハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、蓄電装置（バッテリ）とインバータとインバータによって駆動される電動機（モータ）とを動力源とする自動車である。

特許第２９１４０５９号明細書（特許文献１）は、車両の走行時および停止時にわたってエンジンの停止時間をカウントし、そのカウント値が所定値を超えたときに次の走行時にエンジンを始動させるハイブリッド車両を開示する。これにより、エンジンの運転が長期間にわたって行なわれないことを避けることができ、エンジンに何らかのトラブルが発生した場合に気づくのが遅れるという事態を避けることができる。
特許第２９１４０５９号明細書特許第２９７０２８０号明細書特開２００５−２０１２１９号公報

しかしながら、定期的にエンジンを始動させたとしても、運転時間が短く、長期にわたり燃料タンクの燃料が消費されないと、燃料タンク内の燃料が季節に合わず、始動性の悪化や、エミッションの悪化に繋がる可能性がある。

たとえば、燃料を販売する石油会社は、販売地域や季節によって燃料の蒸留特性を変えて販売している。寒い季節であれば低温で蒸発する成分を多くして蒸発しやすくし、始動性を向上させたり、断機過程でのエンジン負荷変化時の空燃費のずれを少なくさせたりして、運転快適性の悪化やエミッションの悪化を防ぐ。

一方、暑い季節であれば、低温で蒸発する成分を少なくして、燃料の大気への発散を防ぐ。したがって、運転時の気温等の環境条件に燃料の性状が適合しなくなりそうな場合には、早めに燃料を積極的に消費して新たなその季節等に合った燃料を補給したほうがよい場合もある。

この発明の目的は、内燃機関の性能悪化を防止できるハイブリッド車両を提供することである。

この発明は、要約すると、ハイブリッド車両であって、蓄電装置と、蓄電装置から電力供給を受けて車輪を駆動するトルクを発生する第１の回転電機と、第１の回転電機と併用されて車輪を駆動するために運転される内燃機関と、内燃機関の燃料を蓄積する燃料タンクと、蓄電装置の充電状態を含む車両状態が第１の条件を満たすときに、内燃機関を停止させた状態で第１の回転電機によって車輪を駆動させるＥＶ走行を行なうように車両を制御する制御装置とを備える。制御装置は、燃料タンクに蓄積された燃料の性状が適切でないと予測される場合には、車両状態が第１の条件を満たすときであっても、ＥＶ走行を行なわずに内燃機関を運転させて燃料を消費させる。

好ましくは、ハイブリッド車両は、内燃機関からトルクを受けて発電を行なう第２の回転電機をさらに備える。第１の回転電機は、内燃機関の運転時には蓄電装置と第２の回転電機の両方から電力供給を受ける。制御装置は、燃料の性状が適切でないと予測される場合には、燃料の性状が適切であると予測される場合に比べて第２の回転電機による発電量を増大させ蓄電装置からの電力供給割合を減らす。

より好ましくは、ハイブリッド車両は、燃料の性状を検知するセンサをさらに備える。制御装置は、センサの出力に応じて燃料の性状が適切か否かを判断する。

より好ましくは、制御装置は、燃料タンクに燃料の補給が行なわれた時期を認識し、燃料タンクに燃料が補給されない期間が所定期間を超えたら燃料の性状が適切でないと判断する。

より好ましくは、制御装置は、燃料を消費する内燃機関の効率を判断し、効率が所定値よりも低下したときに燃料の性状が適切でないと判断する。

好ましくは、ハイブリッド車両は、蓄電装置に運転者が車外から充電するための接続部をさらに備える。

この発明によれば、燃料性状が非常に悪化してしまう前に燃料を消費させ性状の良好な燃料の補給が促されるので、内燃機関の運転快適性が維持される。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［全体構成］
図１は、実施の形態に係る車両１００の概略ブロック図である。

図１を参照して、この車両１００は、バッテリユニットＢＵと、昇圧コンバータ１０と、インバータ２０，３０と、電源ラインＰＬ１，ＰＬ２と、接地ラインＳＬと、Ｕ相ラインＵＬ１，ＵＬ２と、Ｖ相ラインＶＬ１，ＶＬ２と、Ｗ相ラインＷＬ１，ＷＬ２と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、エンジン４と、動力分配機構３と、車輪２とを含む。

この車両１００は、車輪の駆動にモータとエンジンとを併用するハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）である。

動力分配機構３は、エンジン４とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に結合されてこれらの間で動力を分配する機構である。たとえば動力分配機構としてはサンギヤ、プラネタリキャリヤ、リングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を用いることができる。この３つの回転軸がエンジン４、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各回転軸にそれぞれ接続される。たとえば、モータジェネレータＭＧ１のロータを中空としてその中心にエンジン４のクランク軸を通すことで動力分配機構３にエンジン４とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とを機械的に接続することができる。

なお、モータジェネレータＭＧ２の回転軸は、図示しない減速ギヤや差動ギヤによって車輪２に結合されている。また動力分配機構３の内部にモータジェネレータＭＧ２の回転軸に対する減速機をさらに組み込んでもよい。

そして、モータジェネレータＭＧ１は、エンジンによって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジン始動を行ない得る電動機として動作するものとしてハイブリッド自動車に組み込まれ、モータジェネレータＭＧ２は、ハイブリッド自動車の駆動輪を駆動する電動機としてハイブリッド自動車に組み込まれる。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、たとえば、３相交流同期電動機である。モータジェネレータＭＧ１はＵ相コイルＵ１、Ｖ相コイルＶ１、Ｗ相コイルＷ１からなる３相コイルをステータコイルとして含む。モータジェネレータＭＧ２はＵ相コイルＵ２、Ｖ相コイルＶ２、Ｗ相コイルＷ２からなる３相コイルをステータコイルとして含む。

そして、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン出力を用いて３相交流電圧を発生し、その発生した３相交流電圧をインバータ２０へ出力する。また、モータジェネレータＭＧ１は、インバータ２０から受ける３相交流電圧によって駆動力を発生し、エンジンの始動を行なう。

モータジェネレータＭＧ２は、インバータ３０から受ける３相交流電圧によって車両の駆動トルクを発生する。また、モータジェネレータＭＧ２は、車両の回生制動時、３相交流電圧を発生してインバータ３０へ出力する。

バッテリユニットＢＵは、負極が接地ラインＳＬに接続された蓄電装置であるバッテリＢ１と、バッテリＢ１の電圧を測定する電圧センサ７０と、バッテリＢ１の電流を測定する電流センサ８４とを含む。車両負荷は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、インバータ２０，３０と、インバータ２０，３０に昇圧した電圧を供給する昇圧コンバータ１０とを含む。

バッテリＢ１は、たとえば、ニッケル水素、リチウムイオンや鉛蓄電池等の二次電池を用いることができる。また、バッテリＢ１に代えて大容量の電気二重層コンデンサを用いることもできる。

バッテリユニットＢＵは、バッテリＢ１から出力される直流電圧を昇圧コンバータ１０へ出力する。また、昇圧コンバータ１０から出力される直流電圧によってバッテリユニットＢＵ内部のバッテリＢ１が充電される。

昇圧コンバータ１０は、リアクトルＬと、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。リアクトルＬは、電源ラインＰＬ１に一端が接続され、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２の接続点に他端が接続される。ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列に接続され、制御装置６０からの信号ＰＷＣをベースに受ける。そして、各ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ接続される。

なお、上記のｎｐｎ型トランジスタおよび以下の本明細書中のｎｐｎ型トランジスタとして、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることができ、またｎｐｎ型トランジスタに代えて、パワーＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field-effect transistor）等の電力スイッチング素子を用いることができる。

インバータ２０は、Ｕ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６を含む。Ｕ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。

Ｕ相アーム２２は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ１１，Ｑ１２を含み、Ｖ相アーム２４は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ１３，Ｑ１４を含み、Ｗ相アーム２６は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ１５，Ｑ１６を含む。各ｎｐｎ型トランジスタＱ１１〜Ｑ１６のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１１〜Ｄ１６がそれぞれ接続される。そして、各相アームにおける各ｎｐｎ型トランジスタの接続点は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ１，ＶＬ１，ＷＬ１を介してモータジェネレータＭＧ１の各相コイルの中性点Ｎ１と異なるコイル端にそれぞれ接続される。

インバータ３０は、Ｕ相アーム３２、Ｖ相アーム３４およびＷ相アーム３６を含む。Ｕ相アーム３２、Ｖ相アーム３４およびＷ相アーム３６は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。

Ｕ相アーム３２は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ２１，Ｑ２２を含み、Ｖ相アーム３４は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ２３，Ｑ２４を含み、Ｗ相アーム３６は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ２５，Ｑ２６を含む。各ｎｐｎ型トランジスタＱ２１〜Ｑ２６のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ２１〜Ｄ２６がそれぞれ接続される。そして、インバータ３０においても、各相アームにおける各ｎｐｎ型トランジスタの接続点は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ２，ＶＬ２，ＷＬ２を介してモータジェネレータＭＧ２の各相コイルの中性点Ｎ２と異なるコイル端にそれぞれ接続される。

車両１００は、さらに、コンデンサＣ１，Ｃ２と、リレー回路４０と、コネクタ５０と、制御装置６０と、ＡＣラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２と、電圧センサ７２〜７４と、電流センサ８０，８２とを含む。

コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間に接続され、電圧変動に起因するバッテリＢ１および昇圧コンバータ１０への影響を低減する。電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間の電圧ＶＬは、電圧センサ７３で測定される。

コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に接続され、電圧変動に起因するインバータ２０，３０および昇圧コンバータ１０への影響を低減する。電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間の電圧ＶＨは、電圧センサ７２で測定される。

昇圧コンバータ１０は、バッテリユニットＢＵから電源ラインＰＬ１を介して供給される直流電圧を昇圧して電源ラインＰＬ２へ出力する。より具体的には、昇圧コンバータ１０は、制御装置６０からの信号ＰＷＣに基づいて、ｎｐｎ型トランジスタＱ２のスイッチング動作に応じて流れる電流をリアクトルＬに磁場エネルギを蓄積し、その蓄積したエネルギをｎｐｎ型トランジスタＱ２がＯＦＦされたタイミングに同期してダイオードＤ１を介して電源ラインＰＬ２へ電流を流すことによって放出することにより昇圧動作を行なう。

また、昇圧コンバータ１０は、制御装置６０からの信号ＰＷＣに基づいて、電源ラインＰＬ２を介してインバータ２０および３０のいずれか一方または両方から受ける直流電圧をバッテリユニットＢＵの電圧レベルに降圧してバッテリユニットＢＵ内部のバッテリを充電する。

インバータ２０は、制御装置６０からの信号ＰＷＭ１に基づいて、電源ラインＰＬ２から供給される直流電圧を３相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ１を駆動する。

これにより、モータジェネレータＭＧ１は、トルク指令値ＴＲ１によって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ２０は、エンジンからの出力を受けてモータジェネレータＭＧ１が発電した３相交流電圧を制御装置６０からの信号ＰＷＭ１に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインＰＬ２へ出力する。

インバータ３０は、制御装置６０からの信号ＰＷＭ２に基づいて、電源ラインＰＬ２から供給される直流電圧を３相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ２を駆動する。

これにより、モータジェネレータＭＧ２は、トルク指令値ＴＲ２によって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ３０は、車両１００が搭載されたハイブリッド自動車の回生制動時、駆動軸からの回転力を受けてモータジェネレータＭＧ２が発電した３相交流電圧を制御装置６０からの信号ＰＷＭ２に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインＰＬ２へ出力する。

なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをＯＦＦすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることを含む。

リレー回路４０は、リレーＲＹ１，ＲＹ２を含む。リレーＲＹ１，ＲＹ２としては、たとえば、機械的な接点リレーを用いることができるが、半導体リレーを用いてもよい。リレーＲＹ１は、ＡＣラインＡＣＬ１とコネクタ５０との間に設けられ、制御装置６０からの制御信号ＣＮＴＬに応じてＯＮ／ＯＦＦされる。リレーＲＹ２は、ＡＣラインＡＣＬ２とコネクタ５０との間に設けられ、制御装置６０からの制御信号ＣＮＴＬに応じてＯＮ／ＯＦＦされる。

このリレー回路４０は、制御装置６０からの制御信号ＣＮＴＬに応じて、ＡＣラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２とコネクタ５０との接続／切離しを行なう。すなわち、リレー回路４０は、制御装置６０からＨ（論理ハイ）レベルの制御信号ＣＮＴＬを受けると、ＡＣラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２をコネクタ５０と電気的に接続し、制御装置６０からＬ（論理ロー）レベルの制御信号ＣＮＴＬを受けると、ＡＣラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２をコネクタ５０から電気的に切離す。

コネクタ５０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の中性点Ｎ１，Ｎ２間に外部の商用電源５５から交流電圧を入力するための端子である。この交流電圧としては、たとえば、家庭用商用電力線から交流１００Ｖを入力することができる。コネクタ５０に入力される電圧は、電圧センサ７４で測定され測定値が制御装置６０に送信される。

電圧センサ７０は、バッテリＢ１のバッテリ電圧ＶＢ１を検出し、その検出したバッテリ電圧ＶＢ１を制御装置６０へ出力する。電圧センサ７３は、コンデンサＣ１の両端の電圧、すなわち、昇圧コンバータ１０の入力電圧ＶＬを検出し、その検出した電圧ＶＬを制御装置６０へ出力する。電圧センサ７２は、コンデンサＣ２の両端の電圧、すなわち、昇圧コンバータ１０の出力電圧ＶＨ（インバータ２０，３０の入力電圧に相当する。以下同じ。）を検出し、その検出した電圧ＶＨを制御装置６０へ出力する。

電流センサ８０は、モータジェネレータＭＧ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴ１を検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴ１を制御装置６０へ出力する。電流センサ８２は、モータジェネレータＭＧ２に流れるモータ電流ＭＣＲＴ２を検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴ２を制御装置６０へ出力する。

制御装置６０は、外部に設けられるＥＣＵ（Electronic Control Unit）から出力されたモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２およびモータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２、電圧センサ７３からの電圧ＶＬ、ならびに電圧センサ７２からの電圧ＶＨに基づいて、昇圧コンバータ１０を駆動するための信号ＰＷＣを生成し、その生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ１０へ出力する。

また、制御装置６０は、電圧ＶＨならびにモータジェネレータＭＧ１のモータ電流ＭＣＲＴ１およびトルク指令値ＴＲ１に基づいて、モータジェネレータＭＧ１を駆動するための信号ＰＷＭ１を生成し、その生成した信号ＰＷＭ１をインバータ２０へ出力する。さらに、制御装置６０は、電圧ＶＨならびにモータジェネレータＭＧ２のモータ電流ＭＣＲＴ２およびトルク指令値ＴＲ２に基づいて、モータジェネレータＭＧ２を駆動するための信号ＰＷＭ２を生成し、その生成した信号ＰＷＭ２をインバータ３０へ出力する。

ここで、制御装置６０は、イグニッションスイッチ（またはイグニッションキー）からの信号ＩＧおよびバッテリＢ１の充電状態ＳＯＣに基づいて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の中性点Ｎ１，Ｎ２間に与えられる商用電源用の交流電圧からバッテリＢ１に対する充電が行なわれるようにインバータ２０，３０を制御するための信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２を生成する。

さらに、制御装置６０は、バッテリＢ１の充電状態ＳＯＣに基づいて、外部から充電可能かを判断し、充電可能と判断したときは、Ｈレベルの制御信号ＣＮＴＬをリレー回路４０へ出力する。一方、制御装置６０は、バッテリＢ１がほぼ満充電状態であり、充電可能でないと判断したときは、Ｌレベルの制御信号ＣＮＴＬをリレー回路４０へ出力し、信号ＩＧが停止状態を示す場合にはインバータ２０および３０を停止させる。

車両１００は、さらに、ＥＶドライブスイッチ５２を含む。ＥＶドライブスイッチ５２は、ＥＶドライブモードに設定するためのスイッチであり、深夜や早朝の住宅密集地での低騒音化や、屋内駐車場や車庫内での排気ガス低減化を目的としてエンジン作動を低減しモータのみで走行可能なＥＶドライブモードに設定するためのスイッチである。

このＥＶドライブモードは、ＥＶドライブスイッチ５２がオフ状態にセットされるか、バッテリの充電状態が規定値以下か、車速が約５５ｋｍ／ｈ以上かまたはアクセル開度が規定値以上となった場合に自動的に解除される。

車両１００は、さらに、車両の状況を表示するとともにカーナビゲーションシステム等に対する入力装置としても機能するタッチディスプレイ５８を含む。

また、制御装置６０は、データの読み出し・書き込みが可能なメモリ５７を内蔵している。なお、制御装置６０は、電動パワーステアリングコンピュータ、ハイブリッドコントロールコンピュータ、パーキングアシストコンピュータ等の複数のコンピュータによって実現されるものであっても良い。

［車両外部からの充電についての説明］
次に、車両１００において商用電源５５の交流電圧ＶＡＣから直流の充電電圧を発生する方法について説明する。

制御装置６０は、車外から充電を行なう場合には、インバータ２０（または３０）のＵ相アーム２２（または３２）、Ｖ相アーム２４（または３４）およびＷ相アーム２６（または３６）に同位相の交流電流を流すようにｎｐｎ型トランジスタＱ１１〜Ｑ１６（またはＱ２１〜Ｑ２６）をＯＮ／ＯＦＦする。

Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルに同位相の交流電流が流れる場合には、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２には回転トルクは発生しない。そしてインバータ２０および３０が協調制御されることにより交流の電圧ＶＡＣが直流の充電電圧に変換される。

図２は、図１の回路図を充電に関する部分に簡略化して示した図である。
図２では、図１のインバータ２０および３０のうちのＵ相アームが代表として示されている。またモータジェネレータの３相コイルのうちＵ相コイルが代表として示されている。

Ｕ相について代表的に説明すれば各相コイルには同相の電流が流されるので、他の２相の回路もＵ相と同じ動きをする。図２を見ればわかるように、Ｕ相コイルＵ１とＵ相アーム２２の組、およびＵ相コイルＵ２とＵ相アーム３２の組はそれぞれ昇圧コンバータ１０と同様な構成となっている。したがって、たとえば１００Ｖの交流電圧を直流電圧に変換するだけでなく、さらに昇圧してたとえば２００Ｖ程度のバッテリ充電電圧に変換することが可能である。

図３は、充電時のトランジスタの制御状態を示した図である。
図２、図３を参照して、まず電圧ＶＡＣ＞０すなわちラインＡＣＬ１の電圧ＶＭ１がラインＡＣＬ２の電圧ＶＭ２よりも高い場合には、昇圧コンバータのトランジスタＱ１はＯＮ状態とされ、トランジスタＱ２はＯＦＦ状態とされる。これにより昇圧コンバータ１０は電源ラインＰＬ２から電源ラインＰＬ１に向けて充電電流を流すことができるようになる。

そして第１のインバータではトランジスタＱ１２が電圧ＶＡＣに応じた周期およびデューティー比でスイッチングされ、トランジスタＱ１１はＯＦＦ状態またはダイオードＤ１１の導通に同期して導通されるスイッチング状態に制御される。このとき第２のインバータではトランジスタＱ２１はＯＦＦ状態とされ、トランジスタＱ２２はＯＮ状態に制御される。

電圧ＶＡＣ＞０ならば、トランジスタＱ１２のＯＮ状態において電流がコイルＵ１→トランジスタＱ１２→ダイオードＤ２２→コイルＵ２の経路で流れる。このときコイルＵ１，Ｕ２に蓄積されたエネルギはトランジスタＱ１２がＯＦＦ状態となると放出され、ダイオードＤ１１を経由して電流が電源ラインＰＬ２に流れる。ダイオードＤ１１による損失を低減させるためにダイオードＤ１１の導通期間に同期させてトランジスタＱ１１を導通させても良い。電圧ＶＡＣおよび電圧ＶＨの値に基づいて、昇圧比が求められトランジスタＱ１２のスイッチングの周期およびデューティー比が定められる。

次に、電圧ＶＡＣ＜０すなわちラインＡＣＬ１の電圧ＶＭ１がラインＡＣＬ２の電圧ＶＭ２よりも低い場合には、昇圧コンバータのトランジスタＱ１はＯＮ状態とされ、トランジスタＱ２はＯＦＦ状態とされる。これにより昇圧コンバータ１０は電源ラインＰＬ２から電源ラインＰＬ１に向けて充電電流を流すことができるようになる。

そして第２のインバータではトランジスタＱ２２が電圧ＶＡＣに応じた周期およびデューティー比でスイッチングされ、トランジスタＱ２１はＯＦＦ状態またはダイオードＤ２１の導通に同期して導通されるスイッチング状態に制御される。このとき第１のインバータではトランジスタＱ１１はＯＦＦ状態とされ、トランジスタＱ１２はＯＮ状態に制御される。

電圧ＶＡＣ＜０ならば、トランジスタＱ２２のＯＮ状態において電流がコイルＵ２→トランジスタＱ２２→ダイオードＤ１２→コイルＵ１の経路で流れる。このときコイルＵ１，Ｕ２に蓄積されたエネルギはトランジスタＱ２２がＯＦＦ状態となると放出され、ダイオードＤ２１を経由して電流が電源ラインＰＬ２に流れる。ダイオードＤ２１による損失を低減させるためにダイオードＤ２１の導通期間に同期させてトランジスタＱ２１を導通させても良い。このときも電圧ＶＡＣおよび電圧ＶＨの値に基づいて、昇圧比が求められトランジスタＱ２２のスイッチングの周期およびデューティー比が定められる。

図４は、図１の制御装置６０が行なう充電開始の判断に関するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、一定時間毎または所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼び出されて実行される。

図１、図４を参照して、まずステップＳ１において制御装置６０は、信号ＩＧがＯＦＦ状態であるか否かを判断する。ステップＳ１で信号ＩＧがＯＦＦ状態でなければ、充電ケーブルを車両に接続して充電を行なわせるのは不適切であるのでステップＳ６に処理が進み、制御はメインルーチンに移される。

ステップＳ１において、信号ＩＧがＯＦＦ状態である場合には、充電を行なうのに適切であると判断されステップＳ２に処理が進む。ステップＳ２では電圧センサ７４によって電圧ＶＡＣが測定される。そして、交流電圧が観測されない場合には、充電ケーブルがコネクタ５０のソケットに接続されていないと考えられるため充電処理を行なわずにステップＳ６に処理が進み、制御はメインルーチンに移される。

一方、ステップＳ２において電圧ＶＡＣとして交流電圧が観測されたら処理はステップＳ３に進む。ステップＳ３ではバッテリＢ１の充電状態ＳＯＣ（Ｂ１）が満充電状態を表すしきい値Ｓｔｈ（Ｆ１）より小さいか否かが判断される。

ＳＯＣ（Ｂ１）＜Ｓｔｈ（Ｆ１）が成立すれば充電可能状態であるため処理はステップＳ４に進む。ステップＳ４では、リレーＲＹ１およびＲＹ２が非導通状態から導通状態に制御され、制御装置６０は、２つのインバータを協調制御してバッテリＢ１に充電を行なう。

ステップＳ３においてＳＯＣ（Ｂ１）＜Ｓｔｈ（Ｆ１）が成立しないときは、バッテリＢ１は、満充電状態であるので充電を行なう必要がなく、ステップＳ５に処理が進む。ステップＳ５では、充電停止処理が行なわれる。具体的には、インバータ２０及び３０は停止され、リレーＲＹ１，ＲＹ２は開放されて交流電力の車両１００への入力は遮断される。そして処理はステップＳ６に進み制御はメインルーチンに戻される。

［燃料消費に関する説明］
以上、外部から充電が可能なハイブリッド車両について説明した。このような外部から充電可能なハイブリッド自動車においては、電気自動車走行の領域が広がり、エンジン始動時間が減り、燃料がなかなか消費されないことが予想される。したがって、たとえば夏に補給した燃料が冬まで持越される等その季節に適合した燃料性状でない燃料が燃料タンクに残存している可能性が高くなる。

続いてこのハイブリッド車両の内燃機関に燃料を供給する構成と内燃機関の運転開始判定の制御について説明する。

図５は、車両１００のエンジン４の周辺について説明するための概略図である。
図１、図５を参照して、ハイブリッド車両１００は、バッテリＢ１と、バッテリＢ１から電力供給を受けて車輪を駆動するトルクを発生するモータジェネレータＭＧ２と、モータジェネレータＭＧ２と併用されて車輪を駆動するために運転されるエンジン４と、エンジン４の燃料を蓄積する燃料タンク１８０と、バッテリＢ１の充電状態を含む車両状態が通常のＥＶ走行条件を満たすときに、エンジン４を停止させた状態でモータジェネレータＭＧ２によって車輪を駆動させるＥＶ走行を行なうように車両を制御する制御装置６０とを備える。制御装置６０は、燃料タンクに蓄積された燃料の性状が適切でないと予測される場合には、車両状態が通常のＥＶ走行条件を満たすときであっても、ＥＶ走行を行なわずにエンジン４を運転させて燃料を消費させる。

ハイブリッド車両１００は、エンジン４からトルクを受けて発電を行なうモータジェネレータＭＧ１をさらに備える。モータジェネレータＭＧ２は、エンジン４の運転時にはバッテリＢ１とモータジェネレータＭＧ１の両方から電力供給を受ける。制御装置６０は、燃料の性状が適切でないと予測される場合には、燃料の性状が適切であると予測される場合に比べてモータジェネレータＭＧ１による発電量を増大させバッテリＢ１からの電力供給割合を減らす。

図５を参照して、エンジン４は、シリンダヘッドに吸気を導入するための吸気通路１１１と、シリンダヘッドから排気を行なうための排気通路１１３とを含む。

吸気通路１１１の上流から順にエアクリーナ１０２、エアフローメータ１０４、吸気温センサ１０６、スロットル弁１０７が設けられる。スロットル弁１０７は、電子制御スロットル１０８によってその開度が制御される。吸気通路１１１の吸気弁の近くには燃料を噴射するインジェクタ１１０が設けられる。

排気通路１１３には排気弁側から順に空燃比センサ１４５、触媒装置１２７、酸素センサ１４６が配置される。エンジン４は、さらに、シリンダブロックに設けられたシリンダを上下するピストン１１４と、ピストン１１４の上下に応じて回転するクランクシャフトの回転を検知するクランクポジションセンサ１４３と、シリンダブロックの振動を検知してノッキングの発生を検出するノックセンサ１４４と、シリンダブロックの冷却水路に取付けられている水温センサ１４８とを含む。

制御装置６０は、アクセルポジションセンサ１５０の出力に応じて電子制御スロットル１０８を制御して吸気量を変化させ、またクランクポジションセンサ１４３から得られるクランク角に応じてイグニッションコイル１１２に点火指示を出力し、インジェクタ１１０に燃料噴射時期を出力する。また吸気温センサ１０６、ノックセンサ１４４、空燃比センサ１４５、酸素センサ１４６の出力に応じて燃料噴射量や空気量および点火タイミングを補正する。

車両１００は、さらに、燃料タンク１８０と、燃料ポンプ１８６と、燃料性状センサ１８４と、チャコールキャニスタ１８９と、キャニスタパージバキュームスイッチングバルブ１９１とを含む。ポンプ１８６によって通路１８５を介して吸上げられた燃料は加圧されて通路１８７に送出される。そして所定のタイミングでインジェクタ１１０が開かれると燃料は吸気通路１１１内に噴射される。

また燃料タンク内で蒸発した燃料蒸気は、通路１８８を経由してチャコールキャニスタ１８９の内部の活性炭に吸着される。そしてキャニスタパージＶＳＶ（バキュームスイッチングバルブ）１９１が制御装置６０によって開かれることにより吸着されていた燃料蒸気が通路１９０，１９２を経由して吸気通路１１１内に放出される。

ハイブリッド車両１００は、燃料タンク１８０内に設置され燃料の性状を検知する燃料性状センサ１８４をさらに備える、制御装置６０は、燃料タンク中の燃料性状の悪化を燃料性状センサ１８４の出力によって検知する。たとえば燃料の誘電率、透過率、屈折率等の変化によって燃料性状の悪化、具体的には蒸留特性の変化を検知することができる。制御装置６０は、燃料性状センサ１８４の出力に応じて燃料の性状が適切か否かを判断する。

燃料は、運転者が給油扉開閉スイッチ１７０を操作すると、リッド１８１が開き、そして燃料キャップ１８２を外してガソリンスタンド等の燃料供給装置から燃料供給通路１８３に燃料が供給される。

季節が夏であるときに補給した燃料が冬に持越されたこと等を検知するために、給油扉開閉スイッチ１７０が操作された履歴を制御装置６０はメモリ５７に記憶している。制御装置６０は、燃料タンク１８０に燃料の補給が行なわれた時期を認識し内蔵する時間経過カウンタで燃料補給間隔を認識する。そして、制御装置６０は、燃料タンク１８０に燃料が補給されない期間が所定期間を超えたら燃料の性状が適切でないと判断する。

また、制御装置６０は、燃料を消費するエンジン４の効率を判断し、効率が所定値よりも低下したときに燃料の性状が適切でないと判断する。たとえば、所定条件でのモータジェネレータＭＧ１が受取るトルクを監視することによりエンジン４の効率が判断できる。

なお、制御装置６０は、燃費の計算を行い、燃費が悪化したことを検知したり、空燃比センサ１４５や酸素センサ１４６の出力からエミッションの悪化を検知したりして、燃料の性状が悪化したと判断しても良い。

図６は、制御装置６０において実行されるエンジン始動判定プログラムの制御構造を示したフローチャートである。

図６を参照して、まず処理が開始されるとステップＳ１において燃料性状の悪化が予測されるか否かが判断される。

たとえば、この燃料性状の悪化は、図５の燃料性状センサ１８４の出力により燃料の蒸発特性が現在の季節に合わないものであることを検知したり、また給油扉開閉スイッチ１７０の操作履歴を見て燃料補給が長期にわたりなされていない状況を検知したり、エンジン効率の悪化やエミッションの悪化を検知したりして、燃料性状が悪化していると予測することができる。

ステップＳ１において燃料性状の悪化が予測されない場合にはステップＳ８に進み制御はメインルーチンに移される。一方ステップＳ１において燃料性状の悪化が予測された場合には処理はステップＳ２に進む。ステップＳ２においてはバッテリの充電状態ＳＯＣの管理値の切換が行なわれる。

図７は、ＳＯＣの管理値の切換について説明するための図である。
図７を参照して、充電状態ＳＯＣは、たとえば、車両停止時のバッテリの開放電圧を測定し、まず運転時にバッテリに入出力される電流値を積算することによって算出される。通常運転時においては、たとえばＳＯＣの下限値がＳＯＣＬ１（たとえば１０％）に設定され、ＳＯＣの上限値はＳＯＣＵ１（たとえば９０％）に設定されている。これにより家庭で図１の充電用コネクタ５０を使用してＳＯＣが９０％になるまで充電が行なわれる。

そして所定の速度範囲内であれば、バッテリのＳＯＣがＳＯＣＬ１（たとえば１０％）に低下するまではエンジンを停止したまま車両を走行させるいわゆるＥＶ走行を行なう。

これに対し、燃料性状悪化時においては、バッテリのＳＯＣの上限値はＳＯＣＵ２（たとえば８５％）と設定されＳＯＣの下限値はＳＯＣＬ２（たとえば７０％）に設定される。これにより、家庭で外部電源を用いて充電する場合にはＳＯＣが通常運転時に比べて少ない状態までしか充電されないようになる。

また、走行中においてはＳＯＣが下限値に到達するのが通常運転時と比べて早くなるのでエンジンが早く始動されることになる。特に、この下限値がエンジン始動条件の判定に用いられる。

ステップＳ２においてＳＯＣの管理値の切換が終了するとステップＳ３に進みバッテリＢ１のＳＯＣが下限値ＳＯＣＬ２を下回ったか否かが判断される。下限値を下回っていない場合には処理はステップＳ９に進み制御はメインルーチンに移される。

一方、バッテリＢ１のＳＯＣが下限値ＳＯＣＬ２を下回った場合にはステップＳ４においてＥＶ走行中であるか否かが判断される。たとえば、ＥＶドライブスイッチ５２によって運転モードがＥＶドライブモードに設定されており、ＥＶドライブスイッチ５２がオフ状態にセットされるか、バッテリの充電状態が規定値以下か、車速が約５５ｋｍ／ｈ以上かまたはアクセル開度が規定値以上となった場合に自動的に解除されるまで、ＥＶ走行が行なわれる。

ステップＳ４においてＥＶ走行中である場合にはステップＳ５に処理が進み、ＥＶ走行中でない場合にはステップＳ７に処理が進む。

ステップＳ５においてはエンジン始動予告が運転者に対してなされる。この予告は、運転者がＥＶ走行を期待しているのにその期待に反してエンジンを始動させることによる違和感を軽減するために行なわれる。運転者は、燃料性状の悪化によるエンジン始動であることを予告によって知ることができる。これは、たとえば図１のタッチディスプレイ５８にその旨を表示したり音声を出力させて報知したりすることによりなされる。また、他のランプやメッセージ等で予告を行なうこともできる。

ステップＳ５のエンジン始動予告に続いて、ステップＳ６において制御装置６０はエンジン４に対して始動指示を行なう。そして、モータジェネレータＭＧ２とエンジン４とを併用するハイブリッド走行が行なわれる。この走行中においても、燃料の性状が適切であると予測される場合に比べてモータジェネレータＭＧ１による発電量を増大させバッテリＢ１からモータジェネレータＭＧ２への電力供給割合を減らすようにすれば、外部から商用電源によって充電されたバッテリＢ１のエネルギよりも燃料タンク内の燃料を燃焼させて得るエネルギを優先して使用することができる。

ステップＳ６の処理に続いてステップＳ７の処理が実施される。ステップＳ７においては燃料の残存量が一定量以下であるか否かが判断される。燃料の残存量が一定量以下でない場合にはステップＳ７で一定量以下になるまで燃料の残存量の監視が継続される。

一方、ステップＳ７において燃料の残存量が一定量以下であると判断された場合には、ステップＳ８に処理が進み運転者に給油の警告を行なう。図１のタッチディスプレイ５８に表示したり音声で報知したり、他のランプやメッセージ等で警告を行なうことにより、運転者にその季節に適合した燃料の給油を促す。ステップＳ８の処理が終了するとステップＳ９において制御はメインルーチンに移される。

以上説明したように、本実施の形態においては、燃料性状のある一定の悪化を検知し、積極的に燃料を消費することにより、ドライバーへ給油を促しその季節に適合した燃料を給油させることができる。これにより燃料性状が悪化した燃料での快適運転性の阻害を避けることができる。

また、たとえば、燃料の長期保持を避けることができ、燃料の酸化のため燃料の粘度が上昇し燃料噴射のインジェクタの噴孔詰りが発生する等の不具合が防止され、車両のメンテナンス上においても利点がある。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

実施の形態に係る車両１００の概略ブロック図である。図１の回路図を充電に関する部分に簡略化して示した図である。充電時のトランジスタの制御状態を示した図である。図１の制御装置６０が行なう充電開始の判断に関するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。車両１００のエンジン４の周辺について説明するための概略図である。制御装置６０において実行されるエンジン始動判定プログラムの制御構造を示したフローチャートである。ＳＯＣの管理値の切換について説明するための図である。

符号の説明

２車輪、３動力分配機構、４エンジン、１０昇圧コンバータ、２０，３０インバータ、２２，３２Ｕ相アーム、２４，３４Ｖ相アーム、２６，３６Ｗ相アーム、４０リレー回路、５０充電用コネクタ、５２ＥＶドライブスイッチ、５５商用電源、５７メモリ、５８タッチディスプレイ、６０制御装置、７０，７２〜７４電圧センサ、８０，８２，８４電流センサ、１００ハイブリッド車両、１０２エアクリーナ、１０４エアフローメータ、１０６吸気温センサ、１０７スロットル弁、１０８電子制御スロットル、１１０インジェクタ、１１１吸気通路、１１２イグニッションコイル、１１３排気通路、１１４ピストン、１２７触媒装置、１４３クランクポジションセンサ、１４４ノックセンサ、１４５空燃比センサ、１４６酸素センサ、１４８水温センサ、１５０アクセルポジションセンサ、１７０給油扉開閉スイッチ、１８０燃料タンク、１８１リッド、１８２燃料キャップ、１８３燃料供給通路、１８４燃料性状センサ、１８５，１８７，１８８通路、１８６燃料ポンプ、１８９チャコールキャニスタ、１９０，１９２通路、１９１キャニスタパージＶＳＶ、ＡＣＬ１，ＡＣＬ２ＡＣライン、Ｂ１バッテリ、ＢＵバッテリユニット、Ｃ１，Ｃ２コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６ダイオード、Ｌリアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２モータジェネレータ、ＰＬ１，ＰＬ２電源ライン、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ１１〜Ｑ１６，Ｑ２１〜Ｑ２６トランジスタ、ＲＹ１，ＲＹ２リレー、ＳＬ接地ライン、Ｕ１，Ｕ２Ｕ相コイル、ＵＬ１，ＵＬ２Ｕ相ライン、Ｖ１，Ｖ２Ｖ相コイル、ＶＬ１，ＶＬ２Ｖ相ライン、Ｗ１，Ｗ２Ｗ相コイル、ＷＬ１，ＷＬ２Ｗ相ライン。

Claims

蓄電装置と、
前記蓄電装置から電力供給を受けて車輪を駆動するトルクを発生する第１の回転電機と、
前記第１の回転電機と併用されて車輪を駆動するために運転される内燃機関と、
前記内燃機関の燃料を蓄積する燃料タンクと、
前記蓄電装置の充電状態を含む車両状態が第１の条件を満たすときに、前記内燃機関を停止させた状態で前記第１の回転電機によって前記車輪を駆動させるＥＶ走行を行なうように車両を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記燃料タンクに蓄積された前記燃料の性状が適切でないと予測される場合には、前記車両状態が前記第１の条件を満たすときであっても、前記ＥＶ走行を行なわずに前記内燃機関を運転させて燃料を消費させる、ハイブリッド車両。
前記内燃機関からトルクを受けて発電を行なう第２の回転電機をさらに備え、
前記第１の回転電機は、前記内燃機関の運転時には前記蓄電装置と前記第２の回転電機の両方から電力供給を受け、
前記制御装置は、前記燃料の性状が適切でないと予測される場合には、前記燃料の性状が適切であると予測される場合に比べて前記第２の回転電機による発電量を増大させ前記蓄電装置からの電力供給割合を減らす、請求項１に記載のハイブリッド車両。
前記燃料の性状を検知するセンサをさらに備え、
前記制御装置は、前記センサの出力に応じて前記燃料の性状が適切か否かを判断する、請求項２に記載のハイブリッド車両。
前記制御装置は、前記燃料タンクに前記燃料の補給が行なわれた時期を認識し、前記燃料タンクに前記燃料が補給されない期間が所定期間を超えたら前記燃料の性状が適切でないと判断する、請求項２に記載のハイブリッド車両。
前記制御装置は、前記燃料を消費する前記内燃機関の効率を判断し、前記効率が所定値よりも低下したときに前記燃料の性状が適切でないと判断する、請求項２に記載のハイブリッド車両。
前記蓄電装置に運転者が車外から充電するための接続部をさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載のハイブリッド車両。