JP2008239103A

JP2008239103A - ハイブリッド車両

Info

Publication number: JP2008239103A
Application number: JP2007086167A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Terachi; 淳寺地; Akihiko Kakuho; 章彦角方
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2008-10-09

Abstract

【課題】エンジンの使用燃料として燃料改質器にて改質した燃料を用いても、運転性能や排気性能を損なうことなく、高効率な運転が可能なハイブリッド車両を提供する。
【解決手段】Ｓ１０２において、外部より供給された燃料（１次燃料）を燃料改質器にて改質した燃料（２次燃料）の残量が所定値以上かどうかの判定を行う。残量が所定値以上の場合、Ｓ１０３にてエンジンを最良燃費点にて運転する。残量が所定値未満の場合、Ｓ１１３にて使用燃料を１次燃料に切り替え、１次燃料のみで運転可能な最大出力を設定し、この最大出力となるようにエンジン負荷を上げる。この後、エンジン出力と運転者の要求出力とを比較して、余剰出力をバッテリに蓄電するか、若しくはモータアシストを行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、ハイブリッド車両に関する。

通常の火花点火エンジンにおいて、燃焼効率は運転状態が高負荷側及び低回転側で高く、低負荷側又は高回転側になるにしたがい低下するという特性を持っている。そこでエンジンとモータとを組み合わせ、燃焼効率の高い運転領域でエンジンを運転させ、必要とされる出力の不足分をモータで補助するようなハイブリッド車両がある。

ハイブリッド車両に使用するエンジンの一例として、特許文献１に記載の筒内噴射式火花点火エンジンのように、成層燃焼を用いて燃焼効率の高い運転領域を広げたものがある。

また、特許文献２には、２種類の燃料（高オクタン価燃料と低オクタン価燃料）を使用可能なエンジンにおいて、このエンジンの燃焼室周辺部に高オクタン価燃料を、燃焼室中心部に低オクタン価燃料を供給し、圧縮自己着火により燃焼を開始するものが示されている。
特開２００１−２０７８８０号公報特開２００５−１３９９４５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の筒内噴射式火花点火エンジンのように、成層燃焼を行った場合、ＮＯｘ排出量が増加し、排気性能が悪化する可能性がある。

また、特許文献２に記載のエンジンでは、異なるオクタン価の燃料を貯留する燃料タンクを複数備える必要がある。さらに、異なるオクタン価の燃料を得る手段として燃料改質器を用いた場合、燃料改質により得られる燃料が不足すると、運転性能が悪化する可能性がある。

本発明はこのような実情を鑑み、燃料改質により得られる燃料を用いて、高効率かつ排気性能を損なうことのないエンジンを備えたハイブリッド車両を提供することを目的とする。

そのため本発明では、ハイブリッド車両に、燃料を貯留する１次燃料タンクと、１次燃料タンクからの燃料を改質する少なくとも１つの燃料改質器と、燃料改質器により改質された燃料を貯留する少なくとも１つの２次燃料タンクとを装備させ、複数の燃料タンク内の燃料のうち少なくとも１つを選択的に用いてエンジンを運転する。また、２次燃料タンク内の燃料残量を検出する２次燃料タンク内残量検出手段と、エンジンの負荷を制御するエンジン負荷制御手段とを備え、２次燃料タンク内燃料残量検出手段にて検出された燃料残量に基づいて、エンジン負荷制御手段により、エンジン負荷を制御する。

本発明によれば、燃料改質器にて改質された燃料（２次燃料）の残量に応じてエンジン出力が設定され、２次燃料の残量不足により使用燃料の切り替えが行われても、要求出力を満たしながら、燃料改質器にて不足した２次燃料を生成し、この２次燃料を２次燃料タンクに補充し、エンジンを最良燃費点での運転へと速やかに復帰させることができる。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態におけるハイブリッド車両の構成図である。

エンジン１の出力軸は動力伝達装置２を介して駆動用モータ・ジェネレータ３と駆動用動力伝達装置４とに接続される。これにより、エンジン１の出力と、駆動用モータ・ジェネレータ３の出力との少なくとも１つが駆動用動力伝達装置４を介して車軸５に伝達され、車輪６を駆動する。また、エンジン１の起動に用いる起動用モータ・ジェネレータ７は起動用動力伝達装置８を介してエンジン１の出力軸に接続される。駆動用モータ・ジェネレータ３及び起動用モータ・ジェネレータ７は、インバータ９を介してバッテリ１０（蓄電手段）に接続される。尚、インバータ９は、バッテリ１０からの直流電力を交流電力に変換し、起動用モータ・ジェネレータ３又は起動用モータ・ジェネレータ７に供給する機能と、モータ起動用モータ・ジェネレータ４又は起動用モータ・ジェネレータ７にて発電された交流電力を直流電力に変換し、バッテリ１０に蓄電する機能とを有する。

また、電子制御装置（ＥＣＵ）２０は、エンジン１と、駆動用モータ・ジェネレータ３と、起動用モータ・ジェネレータ７とに対する運転制御を行うものであり、２次燃料タンク内残量判定手段２１と、エンジン最大出力設定手段２２と、エンジン負荷制御手段２３と、運転制御手段２４とを有する。２次燃料タンク内残量判定手段２１では、後述する２次燃料タンク内残量検出手段である残量センサからの検出結果に基づき、後述する２次燃料タンク内の燃料残量が所定値以上かどうかの判定を行う。尚、所定値とは、エンジン１の使用燃料を切り替えるか否かの判定を行うための閾値である。エンジン最大出力設定手段２２では、２次燃料タンク内残量判定手段２１にて後述する２次燃料タンク内の燃料残量が所定値未満と判断された場合に、後述する１次燃料タンク内の燃料のみで運転可能な最大出力を設定する。エンジン負荷制御手段２３では、後述する２次燃料タンク内の燃料残量が所定値以上の場合は最良燃費点となるようにエンジン負荷を制御し、後述する２次燃料タンク内の燃料残量が所定値未満の場合は、エンジン最大出力設定手段２２にて設定された最大出力となるようにエンジン負荷を制御する。運転制御手段２４では、運転者の要求出力（アクセル開度等よりＥＣＵ２０にて算出）と、後述する２次燃料タンク内の燃料残量とを基に、エンジン１と、駆動用モータ・ジェネレータ３と、起動用モータ・ジェネレータ７とに対する運転制御を行う。尚、本実施形態において、ＥＣＵ２０内の各手段はマイクロコンピュータのプログラムとして実現されているが、ハードワイヤードの論理回路を用いて構成することも可能である。

図２は、本実施形態におけるエンジンの燃料供給装置の構成図である。

１次燃料タンク３１には、外部より給油される燃料が貯留されており、この燃料は、燃料ポンプ３２ａにより燃料改質器３３ａへ供給される。

燃料改質器３３ａでは、排気熱を利用して、１次燃料タンク３１からの燃料の改質を行う。

燃料改質器３３ａにて改質されて得られた改質燃料（２次燃料）は２次燃料タンク３４ａに貯留される。尚、２次燃料タンク内残量検出手段として、２次燃料タンク３４ａには、２次燃料の残量を検出する残量センサ３５ａが備えられている。

また、２次燃料タンク３４ａに貯留されている２次燃料と１次燃料タンク３１に貯留されている燃料（１次燃料）とは、それぞれ燃料ポンプ（図示せず）を介して、エンジン１の吸気通路や燃焼室に設けられる燃料噴射弁３６ａ、３６ｂの両方に供給可能な構成となっている。これにより、燃料噴射弁３６ａ、３６ｂの各々からエンジン１へ１次燃料及び２次燃料を任意の割合で供給することが可能である。

尚、各燃料噴射弁３６ａ、３６ｂに供給する１次燃料と２次燃料との供給割合及び供給量は、エンジン１の運転状態に応じて、ＥＣＵ２０に備えられたエンジン負荷制御手段２３により制御される。

図３は、本実施形態におけるエンジン及びモータの運転制御フローを示す図である。

ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０２において、残量センサ３５ａにより検出された結果に基づき、２次燃料タンク内残量判定手段２１にて、２次燃料タンク３４ａ内の燃料残量が所定値以上かどうかの判定を行う。尚、ここでの所定値は、エンジン１の使用燃料を１次燃料に切り替えるか否かの判定を行うための閾値である。ステップＳ１０２にて２次燃料タンク３４ａ内の燃料残量が所定値以上であると判定された場合、ステップＳ１０３に進み、エンジン負荷制御手段２３は、エンジン１を最良燃費点にて運転するように制御する。ステップＳ１０２にて２次燃料タンク３４ａ内の燃料残量が所定値未満であると判定された場合、ステップＳ１１３に進み、使用燃料を１次燃料に切り替え、エンジン最大出力設定手段２２は、１次燃料タンク３１内の燃料のみで運転可能な最大出力を設定し、この最大出力となるように、エンジン負荷制御手段２３は、エンジン負荷を上げる制御を行う。

その後、ステップＳ１１４において、運転制御手段２４は、エンジン出力が運転者の要求出力以上かどうかの判定を行う。ステップＳ１１４にてエンジン出力が運転者の要求出力以上であると判定された場合、ステップＳ１１５に進み、運転制御手段２４は、余剰出力を駆動用モータ・ジェネレータ３及び起動用モータ・ジェネレータ７の回生作動により交流電力に変換するように制御し、この交流電力はインバータ９にて直流電力に変換され、バッテリ１０に蓄電される。ステップＳ１１４にてエンジン出力が運転者の要求出力未満であると判定された場合、ステップＳ１２５に進み、運転制御手段２４は、運転者の要求出力を満たすため、駆動用モータ・ジェネレータ３の出力をエンジン出力に加えるように制御する。

本実施形態によれば、ＥＣＵ２０に２次燃料タンク内残量判定手段２１と、エンジン負荷制御手段２３とを備えているため、２次燃料タンク３４ａの燃料残量が所定値以上であれば、エンジン１を最良燃費点にて運転するように１次燃料と２次燃料との混合割合及び供給量を制御することができる。

また本実施形態によれば、２次燃料タンク３４ａ内の燃料残量が所定値未満である場合、使用燃料を１次燃料に切り替え、エンジン最大出力設定手段２２は、１次燃料タンク３１内の燃料のみで運転可能な最大出力を設定し、この最大出力となるように、エンジン負荷制御手段２３は、エンジン負荷を上げる制御を行うことにより、エンジン１の排気温度が上昇し、排気熱を利用している燃料改質器３３ａの温度が上昇するため、燃料の改質効率及び改質速度を向上させることができる。これにより、２次燃料タンク３４ａの燃料不足を最小限に止め、エンジン１を最良燃費点での運転へと速やかに復帰させることができる。

また本実施形態によれば、２次燃料タンク３４ａ内の燃料残量が所定値未満であり、かつ、エンジン１の出力が運転者の要求出力未満である場合、運転制御手段２４は、運転者の要求出力を満たすため、駆動用モータ・ジェネレータ３の出力をエンジン１の出力に加えるように制御を行うので、この出力増加に伴い、排気温度が上昇し、排気熱を利用している燃料改質器３３ａの温度が上昇するため、燃料の改質効率及び改質速度を向上させることができる。これにより、２次燃料タンク３４ａの燃料不足を最小限に止め、エンジン１を最良燃費点での運転へと速やかに復帰させることができる。

また本実施形態によれば、２次燃料タンク３４ａ内の燃料残量が所定値未満であり、かつ、エンジン１の出力が運転者の要求出力以上である場合、運転制御手段２４は、余剰出力を駆動用モータ・ジェネレータ３及び起動用モータ・ジェネレータ７の回生作動により交流電力に変換するように制御し、この交流電力はインバータ９にて直流電力に変換され、バッテリ１０に蓄電されるので、余剰出力がエネルギー損失となるのを抑制することができる。

次に本発明の第２の実施形態について説明する。

図４は、本発明の第２の実施形態におけるエンジンの燃料供給装置の構成図である。

図２にて示した第１の実施形態との相違点について説明する。

図４において、１次燃料タンク３１に貯留されている燃料は、燃料ポンプ３２ｂを介して燃料改質器３３ｂへと供給される構成を有する。また、この燃料改質器３３ｂにて排気熱を利用して改質されて得られた改質燃料（２次燃料）が２次燃料タンク３４ａに貯留される構成を有する。

特に本実施形態によれば、燃料改質器を２基備えているため、１次燃料の性状に応じて使用する燃料改質器を切り替えることにより所望の性状の２次燃料を得ることができるので、１次燃料の性状の変化に対応して、エンジン１を最良燃費点にて運転することが可能となる。

次に本発明の第３の実施形態について説明する。

図５は、本発明の第３の実施形態におけるエンジンの燃料供給装置の構成図である。

図５において、１次燃料タンク３１には、外部より給油される燃料が貯留されており、この燃料は、燃料ポンプ３２ｃ、３２ｄにより燃料改質器３３ｃ、３３ｄへ供給される。

燃料改質器３３ｃでは、排気熱を利用し、改質触媒を用いて、１次燃料タンク３１からの燃料のオクタン価を高くするように改質を行う。また、燃料改質器３３ｄでは、排気熱を利用し、１次燃料タンク３１からの燃料のオクタン価を低くするように改質を行う。

燃料改質器３３ｃにて改質されて得られた高オクタン価燃料（低自着火性燃料）は２次燃料タンク３４ｃに貯留され、燃料改質器３３ｄにて改質されて得られた低オクタン価燃料（高自着火性燃料）は２次燃料タンク３４ｄに貯留される。尚、２次燃料タンク内残量検出手段として、２次燃料タンク３４ｃには、高オクタン価燃料の残量を検出する残量センサ３５ｃが備えられ、２次燃料タンク３４ｄには、低オクタン価燃料の残量を検出する残量センサ３５ｄが備えられている。

また、２次燃料タンク３４ｃに貯留されている高オクタン価燃料と２次燃料タンク３４ｄに貯留されている低オクタン価燃料とは、それぞれ燃料ポンプ（図示せず）を介して、エンジン１の吸気通路や燃焼室に設けられる燃料噴射弁３６ｃ、３６ｄの両方に供給可能な構成となっている。これにより、燃料噴射弁３６ｃ、３６ｄの各々からエンジン１へ高オクタン価燃料及び低オクタン価燃料を任意の割合で供給することが可能である。

尚、各燃料噴射弁３６ｃ、３６ｄに供給する高オクタン価燃料と低オクタン価燃料との供給割合及び供給量は、エンジン１の運転状態に応じて、ＥＣＵ２０に備えられたエンジン負荷制御手段２３により最良燃費点となるように制御される。

図６及び図７は、本実施形態におけるエンジン及びモータの運転制御フローを示す図である。

ＥＣＵ２０は、図６のステップＳ２０２において、残量センサ３５ｃにより検出された結果に基づき、２次燃料タンク内残量判定手段２１にて、２次燃料タンク３４ｃ内の高オクタン価燃料の残量が所定値以上かどうかの判定を行う。尚、ここでの所定値は、エンジン１の使用燃料を低オクタン価燃料に切り替えるか否かの判定を行うための閾値である。ステップＳ２０２にて２次燃料タンク３４ｃ内の高オクタン価燃料の残量が所定値以上であると判定された場合、ステップＳ２０３に進み、残量センサ３５ｄにて検出された結果に基づき、２次燃料タンク内残量判定手段２１にて、２次燃料タンク３４ｄ内の低オクタン価燃料の残量が所定値以上かどうかの判定を行う。尚、ここでの所定値は、エンジン１の使用燃料を高オクタン価燃料に切り替えるか否かの判定を行うための閾値である。ステップＳ２０３にて２次燃料タンク３４ｄ内の低オクタン価燃料の残量が所定値以上であると判定された場合、ステップＳ２０４に進み、エンジン負荷制御手段２３は、エンジン１を最良燃費点にて運転するように制御する。

図６のステップＳ２０２にて２次燃料タンク３４ｃ内の高オクタン価燃料の残量が所定値未満であると判定された場合、ステップＳ２１３に進み、使用燃料を低オクタン価燃料に切り替え、エンジン最大出力設定手段２２を用いて、２次燃料タンク３４ｄ内の低オクタン価燃料のみで運転可能な最大出力を設定し、この最大出力となるように、エンジン負荷制御手段２３を用いて、エンジン負荷を上げる制御を行う。

その後、図７のステップＳ３０１において、運転制御手段２４は、エンジン出力が運転者の要求出力以上かどうかの判定を行う。ステップＳ３０１にてエンジン出力が運転者の要求出力以上であると判定された場合、ステップＳ３０２に進み、運転制御手段２４は、余剰出力を駆動用モータ・ジェネレータ３及び起動用モータ・ジェネレータ７の回生作動により交流電力に変換するように制御し、この交流電力はインバータ９にて直流電力に変換され、バッテリ１０に蓄電される。ステップＳ３０１にてエンジン出力が運転者の要求出力未満であると判定された場合、ステップＳ３１２に進み、運転制御手段２４は、運転者の要求出力を満たすため、駆動用モータ・ジェネレータ３の出力をエンジン出力に加えるように制御する。

図６のステップＳ２０３にて２次燃料タンク３４ｄ内の低オクタン価燃料の残量が所定値未満であると判定された場合、ステップＳ２２４に進み、使用燃料を高オクタン価燃料に切り替え、エンジン最大出力設定手段２２は、２次燃料タンク３４ｃ内の高オクタン価燃料のみで運転可能な最大出力を設定し、この最大出力となるように、エンジン負荷制御手段２３は、エンジン負荷を上げる制御を行う。

特に本実施形態によれば、使用燃料として高オクタン価に改質された２次燃料と低オクタン価に改質された２次燃料とを用い、それぞれを貯留する２次燃料タンク３４ｃ、３４ｄ内の燃料残量に応じて、エンジン１と、駆動用モータ・ジェネレータ３と、起動用モータ・ジェネレータ７との運転制御を行うので、使用燃料の燃料不足を最小限に止め、エンジン１を最良燃費点での運転へと速やかに復帰させることができる。

第１の実施形態におけるハイブリッド車両の構成図第１の実施形態におけるエンジンの燃料供給装置の構成図第１の実施形態におけるエンジン及びモータの運転制御フローを示す図第２の実施形態におけるエンジンの燃料供給装置の構成図第３の実施形態におけるエンジンの燃料供給装置の構成図第３の実施形態におけるエンジン及びモータの運転制御フローの一部を示す図第３の実施形態におけるエンジン及びモータの運転制御フローの一部を示す図

符号の説明

１エンジン
２動力伝達装置
３駆動用モータ・ジェネレータ
４駆動用動力伝達装置
５車軸
６車輪
７起動用モータ・ジェネレータ
８起動用動力伝達装置
９インバータ
１０バッテリ
２０電子制御装置（ＥＣＵ）
３１１次燃料タンク
３２ａ〜３２ｄ燃料ポンプ
３３ａ〜３３ｄ燃料改質器
３４ａ〜３４ｄ２次燃料タンク
３５ａ〜３５ｄ残量センサ
３６ａ〜３６ｄ燃料噴射弁

Claims

車両の駆動源としてエンジンとモータとを有し、このモータは発電機として使用可能であり、前記エンジンの出力軸と前記モータとは動力伝達装置を介して連動し、前記エンジンを運転することにより前記モータにて発電される電力と車両減速時の回生作動により前記モータにて生じる電力とを蓄電する蓄電手段と、車両の運転状態に応じて前記エンジンと前記モータとの運転を制御する運転制御手段とを備えるハイブリッド車両であって、
燃料を貯留する１次燃料タンクと、１次燃料タンクからの燃料を改質する少なくとも１つの燃料改質器と、燃料改質器により改質された燃料を貯留する少なくとも１つの２次燃料タンクとを備え、複数の燃料タンク内の燃料のうち少なくとも１つを選択的に用いて前記エンジンを運転するものにおいて、
前記２次燃料タンク内の燃料残量を検出する２次燃料タンク内残量検出手段と、前記エンジンの負荷を制御するエンジン負荷制御手段とを備え、
前記２次燃料タンク内燃料残量検出手段にて検出された燃料残量に基づいて、前記エンジン負荷制御手段により、エンジン負荷を制御することを特徴とするハイブリッド車両。
前記エンジンの運転に用いられる燃料は、前記１次燃料タンク及び少なくとも１つの前記２次燃料タンクから供給可能とし、前記２次燃料タンク内残量検出手段にて検出された燃料残量が所定値未満である場合は、前記エンジンの出力を前記１次燃料タンクから供給される燃料のみで運転可能な最大出力に設定し、この最大出力となるように前記エンジン負荷制御手段にて前記エンジン負荷を制御することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両。
前記最大出力と運転者の要求出力とを比較し、前記最大出力が前記要求出力未満である場合は、前記モータの出力を加えることにより前記要求出力を満たすように前記運転制御手段にて制御することを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド車両。
前記最大出力と運転者の要求出力とを比較し、前記最大出力が前記要求出力以上である場合は、前記モータの回生作動により前記モータにて生じる電力を前記蓄電手段に蓄電するように前記運転制御手段にて制御することを特徴とする請求項２又は請求項３記載のハイブリッド車両。
少なくとも１つの前記２次燃料タンクは、他の燃料タンクに比べ高オクタン価の燃料を貯留するものであり、高オクタン価の燃料を貯留する前記２次燃料タンク内の燃料残量が所定値未満であることを前記２次燃料タンク内残量検出手段が検出した場合は、前記エンジンの出力を前記他の燃料タンクから供給される燃料のみで運転可能な最大出力に設定し、この最大出力となるように前記エンジン負荷制御手段にて前記エンジン負荷を制御すると共に、前記最大出力と要求出力とを比較し、前記最大出力が前記要求出力未満である場合は、前記モータの出力を加えることにより前記要求出力を満たすように前記運転制御手段にて制御することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両。
少なくとも１つの前記２次燃料タンクは、他の燃料タンクに比べ低オクタン価の燃料を貯留するものであり、低オクタン価の燃料を貯留する前記２次燃料タンク内の燃料残量が所定値未満であることを前記２次燃料タンク内残量検出手段が検出した場合は、前記エンジンの出力を前記他の燃料タンクから供給される燃料のみで運転可能な最大出力に設定し、この最大出力となるように前記エンジン負荷制御手段にて前記エンジン負荷を制御すると共に、前記最大出力と要求出力とを比較し、前記最大出力が前記要求出力以上である場合は、前記モータの回生作動により前記モータにて生じる電力を前記蓄電手段に蓄電するように前記運転制御手段にて制御することを特徴とする請求項１又は請求項５記載のハイブリッド車両。