JP2010116032A - Hybrid vehicle and method of controlling the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハイブリッド車両およびその制御方法に関する。 The present invention relates to a hybrid vehicle and a control method thereof.
従来から、内燃機関と、当該内燃機関のクランクシャフトに接続されたプラネタリキャリアを含む遊星歯車機構と、当該遊星歯車機構のサンギヤに接続された発電可能な第1の電動機と、遊星歯車機構のリングギヤに接続されると共に駆動輪に連結された駆動軸としてのリングギヤ軸に動力を出力可能な第2の電動機と、第1および第2の電動機と電力をやり取り可能なバッテリとを備えたハイブリッド車両が知られている(例えば、特許文献1参照)。この種のハイブリッド車両では、駆動輪の空転によるスリップが生じた後に当該駆動輪のグリップ力が回復すると、駆動輪の回転数が急速に低下することになるが、この際、内燃機関の慣性モーメントが第1の電動機の慣性モーメントに比べて非常に大きいことに起因して、内燃機関の回転数がさほど低下しない一方で第1の電動機の回転数が急上昇し、内燃機関の回転数が比較的高い場合には、第1の電動機の回転数が許容最大回転数を超えてしまうおそれがある。このため、特許文献1に記載のハイブリッド車両では、駆動輪にスリップが生じたときには第1の電動機の制御上の許容最大回転数を通常に比べて小さい値に設定すると共に、第1の電動機の回転数が許容最大回転数を超えないよう第1の電動機から回生トルクを出力し、駆動輪のグリップ力が回復したときに第1の電動機が過回転しないようにしている。また、従来から、内燃機関と、第1および第2の回転電機を含む動力伝達手段と、第1および第2の回転電機を駆動するインバータ装置と、蓄電装置と、内燃機関の燃料噴射制御を実施する内燃機関制御装置と、内燃機関制御装置に対してトルク制御量を指令すると共にインバータ装置の駆動を制御するハイブリッド制御装置とを備えるハイブリッド車両が知られている(例えば、特許文献2参照)。このハイブリッド車両では、内燃機関のトルク制御量が負の値であるときに車両が制動状態にあるものとして内燃機関の燃料カットが実施される。
ここで、駆動輪のスリップが生じた後のグリップ力の回復や車両の急制動に伴って駆動輪が急減速したりロックしたりしたときに、内燃機関の燃焼室への燃料供給を停止すれば、内燃機関の回転数が比較的高い場合であっても、当該内燃機関の回転数を低下させると共に内燃機関からの出力トルクを低下させて、第1の電動機の過回転を抑制し得ると考えられる。ただし、何れかの燃焼室に燃料が供給されている最中に本来供給されるべき量の燃料が当該燃焼室に供給される前に燃料供給を中断すると、混合気を点火し得なくなって未燃燃料が少なからず触媒に導入されてしまうおそれがある。また、何れかの燃焼室に燃料が供給されているときに本来供給されるべき量の燃料が当該燃焼室に供給された時点で燃料供給を停止すると、当該燃焼室に供給された量に応じた分だけ内燃機関からトルクが出力されることになるので、内燃機関の回転数を速やかに低下させることが困難となる。 Here, the fuel supply to the combustion chamber of the internal combustion engine should be stopped when the drive wheel suddenly decelerates or locks due to the recovery of the grip force after the drive wheel slips or the sudden braking of the vehicle. For example, even if the rotational speed of the internal combustion engine is relatively high, the rotational speed of the internal combustion engine can be reduced and the output torque from the internal combustion engine can be reduced to suppress over-rotation of the first electric motor. Conceivable. However, if the fuel supply is interrupted before the amount of fuel to be supplied is supplied to the combustion chamber while the fuel is being supplied to any of the combustion chambers, the mixture cannot be ignited. There is a risk that not a little fuel will be introduced into the catalyst. Further, if the fuel supply is stopped when the fuel that is supposed to be supplied when the fuel is supplied to any combustion chamber is supplied to the combustion chamber, the amount of fuel supplied to the combustion chamber depends on the amount supplied. Since the torque is output from the internal combustion engine by that amount, it is difficult to quickly reduce the rotational speed of the internal combustion engine.
そこで、本発明は、内燃機関と2体の電動機を備えたハイブリッド車両において、内燃機関をより適正に制御することで、エミッションを悪化させることなく駆動輪の急減速に起因した一方の電動機の過回転を抑制することを主目的とする。 Therefore, the present invention provides a hybrid vehicle having an internal combustion engine and two electric motors, and more appropriately controlling the internal combustion engine, thereby preventing an excess of one of the motors caused by sudden deceleration of the drive wheels without deteriorating emissions. The main purpose is to suppress rotation.
本発明によるハイブリッド車両およびその制御方法は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採っている。 The hybrid vehicle and the control method thereof according to the present invention employ the following means in order to achieve the main object described above.
本発明によるハイブリッド車両は、
複数の燃焼室内で燃料と空気との混合気を燃焼させて動力を出力可能な内燃機関と、
動力を入出力可能な第1電動機と、
前記第1電動機の回転軸に接続される第1要素と、前記内燃機関の出力軸に接続される第2要素と、駆動輪に動力を伝達する駆動軸に接続される第3要素とを有し、前記第2要素が共線図上で前記第1要素と前記第3要素との間に位置すると共に、これら3つの要素が互いに差動回転できるように構成された遊星歯車機構と、
前記駆動軸に動力を入出力可能な第2電動機と、
前記第1および第2電動機と電力をやり取り可能な蓄電手段と、
前記蓄電手段の状態に基づいて該蓄電手段の充電に許容される許容充電電力を設定をする許容充電電力設定手段と、
前記遊星歯車機構の前記第1から第3要素の何れか2つに関連した回転数に基づいて前記駆動輪の急減速により前記第1要素に接続された前記第1電動機の過回転が発生するおそれがあるか否かを判定する過回転判定手段と、
前記過回転判定手段により前記第1電動機の過回転が発生するおそれがあると判断されたときに、前記燃焼室の各々に対する燃料供給が停止されると共に前記第1および第2電動機により入出力される電力が前記許容充電電力設定手段により設定された許容充電電力の範囲内に収まるように前記内燃機関と前記第1および第2電動機とを制御し、前記過回転判定手段による判定結果に応じて前記燃焼室の各々に対する燃料供給を停止させるべきときに前記複数の燃焼室のうち少なくとも何れか一つに前記燃料が供給されている場合には、前記混合気を点火させるのに必要な量の燃料が供給されたことを条件として前記少なくとも一つの燃焼室に対する燃料供給を停止させる制御手段と、
を備えるものである。
The hybrid vehicle according to the present invention is
An internal combustion engine capable of outputting power by burning a mixture of fuel and air in a plurality of combustion chambers;
A first electric motor capable of inputting and outputting power;
A first element connected to the rotating shaft of the first electric motor; a second element connected to the output shaft of the internal combustion engine; and a third element connected to a driving shaft that transmits power to the drive wheels. A planetary gear mechanism configured such that the second element is positioned between the first element and the third element on a collinear diagram, and the three elements can be differentially rotated with respect to each other;
A second electric motor capable of inputting and outputting power to the drive shaft;
Power storage means capable of exchanging power with the first and second motors;
An allowable charging power setting means for setting an allowable charging power allowed for charging the power storage means based on the state of the power storage means;
Based on the number of rotations related to any two of the first to third elements of the planetary gear mechanism, the drive motor suddenly decelerates and the first motor connected to the first element over-rotates. Over-rotation determining means for determining whether there is a risk,
When it is determined by the over-rotation determining means that there is a risk of over-rotation of the first electric motor, fuel supply to each of the combustion chambers is stopped and input / output by the first and second electric motors. The internal combustion engine and the first and second motors are controlled so that the power to be within the range of the allowable charging power set by the allowable charging power setting means, and according to the determination result by the overspeed determination means If the fuel is supplied to at least one of the plurality of combustion chambers when the fuel supply to each of the combustion chambers should be stopped, the amount of fuel required to ignite the mixture is increased. Control means for stopping fuel supply to the at least one combustion chamber on the condition that fuel is supplied;
Is provided.
このハイブリッド車両では、過回転判定手段により第1要素に接続された第1電動機の過回転が発生するおそれがあると判断されたときに、燃焼室の各々に対する燃料供給が停止されると共に第1および第2電動機により入出力される電力が蓄電手段の充電に許容される許容充電電力の範囲内に収まるように内燃機関と第1および第2電動機とが制御される。そして、このように過回転判定手段による判定結果に応じて燃焼室の各々に対する燃料供給を停止させるべきときに複数の燃焼室のうち少なくとも何れか一つに燃料が供給されている場合には、混合気を点火させるのに必要な量の燃料が供給されたことを条件として当該少なくとも一つの燃焼室に対する燃料供給が停止される。これにより、燃料が供給されている燃焼室に対して本来供給されるべき量の燃料が供給される前に燃料供給を中断しても、当該燃焼室内で混合気を点火・燃焼させることができるので、未燃燃料の排出によるエミッションの悪化を抑制することができる。また、燃料が供給されている燃焼室への燃料供給量を混合気の点火に必要な量とすることで、内燃機関からできるだけトルクが出力されないようにすることが可能となり、内燃機関の回転数を速やかに低下させると共に内燃機関からの出力トルクを速やかに低下させることができる。従って、このハイブリッド車両では、蓄電手段を過充電しないように第1および第2電動機のトルク出力を制限しても、内燃機関をより適正に制御することで、エミッションを悪化させることなく駆動輪の急減速に起因した第1電動機の過回転を抑制することが可能となる。 In this hybrid vehicle, when it is determined by the over-rotation determining means that there is a risk of over-rotation of the first motor connected to the first element, the fuel supply to each of the combustion chambers is stopped and the first The internal combustion engine and the first and second motors are controlled so that the electric power input / output by the second electric motor is within the range of the allowable charging electric power allowed for charging the power storage means. And when the fuel supply to each of the combustion chambers is to be stopped according to the determination result by the over-rotation determination means in this way, when the fuel is supplied to at least one of the plurality of combustion chambers, The fuel supply to the at least one combustion chamber is stopped on condition that an amount of fuel necessary for igniting the air-fuel mixture has been supplied. Accordingly, even if the fuel supply is interrupted before the fuel to be supplied to the combustion chamber to which the fuel is supplied is supplied, the air-fuel mixture can be ignited and burned in the combustion chamber. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of emission due to the discharge of unburned fuel. In addition, by setting the amount of fuel supplied to the combustion chamber to which fuel is supplied to an amount necessary for ignition of the air-fuel mixture, it is possible to prevent torque from being output as much as possible from the internal combustion engine, and the rotational speed of the internal combustion engine. As well as the output torque from the internal combustion engine can be reduced quickly. Therefore, in this hybrid vehicle, even if the torque output of the first and second motors is limited so as not to overcharge the power storage means, the internal combustion engine can be controlled more appropriately so that the emission of the drive wheels does not deteriorate. It is possible to suppress over-rotation of the first electric motor due to sudden deceleration.
また、前記制御手段は、前記混合気を点火させるのに必要な量を前記内燃機関の吸入空気量が多いほど多く、かつ該内燃機関の回転数が高いほど小さくなるように設定するものであってもよい。これにより、過回転判定手段による判定結果に応じて燃焼室の各々に対する燃料供給を停止させるべきときに燃料が供給されている燃焼室への燃料供給量をより適正に設定することが可能となる。 Further, the control means is set so that the amount necessary for igniting the air-fuel mixture increases as the intake air amount of the internal combustion engine increases and decreases as the rotational speed of the internal combustion engine increases. May be. Accordingly, it is possible to more appropriately set the fuel supply amount to the combustion chamber to which fuel is supplied when the fuel supply to each of the combustion chambers should be stopped according to the determination result by the over-rotation determination means. .
更に、前記過回転判定手段は、前記第3要素の回転数の減少量が所定値以上であると共に前記第1要素の回転数が所定回転数以上であるときに前記第1電動機の過回転が発生するおそれがあると判断するものであってもよい。これにより、第1要素に接続された第1電動機の過回転が発生するおそれの有無をより適正に判定することが可能となる。 Further, the over-rotation determination means detects that the first motor is over-rotated when the amount of decrease in the rotation speed of the third element is equal to or greater than a predetermined value and the rotation speed of the first element is equal to or greater than the predetermined rotation speed. It may be determined that there is a risk of occurrence. As a result, it is possible to more appropriately determine whether or not there is a possibility of over-rotation of the first electric motor connected to the first element.
また、前記蓄電手段は、リチウムイオン二次電池であってもよい。すなわち、内燃機関をより適正に制御することでエミッションを悪化させることなく駆動輪の急減速に起因した第1電動機の過回転を抑制可能とする本発明は、過充電に対する耐性が比較的低いリチウムイオン二次電池を蓄電手段として備えたハイブリッド車両に極めて好適である。 The power storage means may be a lithium ion secondary battery. That is, the present invention, which can suppress over-rotation of the first electric motor due to sudden deceleration of the drive wheels without deteriorating emissions by more appropriately controlling the internal combustion engine, is a lithium battery having a relatively low resistance to overcharge. It is extremely suitable for a hybrid vehicle equipped with an ion secondary battery as a power storage means.
更に、前記遊星歯車機構は、前記第1電動機の回転軸に接続されるサンギヤと、前記駆動軸に接続されるリングギヤと、該サンギヤおよび該リングギヤの双方と噛合する複数のピニオンギヤを保持すると共に前記内燃機関の出力軸に接続されるキャリアとを含むシングルピニオン式遊星歯車機構であってもよい。 Further, the planetary gear mechanism holds a sun gear connected to the rotation shaft of the first electric motor, a ring gear connected to the drive shaft, and a plurality of pinion gears that mesh with both the sun gear and the ring gear. It may be a single pinion type planetary gear mechanism including a carrier connected to the output shaft of the internal combustion engine.
本発明によるハイブリッド車両の制御方法は、
複数の燃焼室内で燃料と空気との混合気を燃焼させて動力を出力可能な内燃機関と、動力を入出力可能な第1電動機と、前記第1電動機の回転軸に接続される第1要素と、前記内燃機関の出力軸に接続される第2要素と、駆動輪に動力を伝達する駆動軸に接続される第3要素とを有し、前記第2要素が共線図上で前記第1要素と前記第3要素との間に位置すると共に、これら3つの要素が互いに差動回転できるように構成された遊星歯車機構と、前記駆動軸に動力を入出力可能な第2電動機と、前記第1および第2電動機と電力をやり取り可能な蓄電手段とを備えるハイブリッド車両の制御方法であって、
(a)前記遊星歯車機構の前記第1から第3要素の何れか2つに関連した回転数に基づいて前記駆動輪の急減速により前記第1要素に接続された前記第1電動機の過回転が発生するおそれがあるか否かを判定するステップと、
(b)前記過回転判定手段により前記第1電動機の過回転が発生するおそれがあると判断されたときに、前記燃焼室の各々に対する燃料供給が停止されると共に前記第1および第2電動機により入出力される電力が前記許容充電電力設定手段により設定された許容充電電力の範囲内に収まるように前記内燃機関と前記第1および第2電動機とを制御し、前記過回転判定手段による判定結果に応じて前記燃焼室の各々に対する燃料供給を停止させるべきときに前記複数の燃焼室のうち少なくとも何れか一つに前記燃料が供給されている場合には、前記混合気を点火させるのに必要な量の燃料が供給されたことを条件として前記少なくとも一つの燃焼室に対する燃料供給を停止させるステップと、
を含むものである。
The hybrid vehicle control method according to the present invention includes:
An internal combustion engine capable of outputting power by burning a mixture of fuel and air in a plurality of combustion chambers, a first motor capable of inputting / outputting power, and a first element connected to a rotating shaft of the first motor And a second element connected to the output shaft of the internal combustion engine, and a third element connected to the drive shaft for transmitting power to the drive wheels, the second element on the nomograph A planetary gear mechanism that is positioned between one element and the third element and configured so that these three elements can rotate differentially with each other; and a second electric motor that can input and output power to the drive shaft; A control method for a hybrid vehicle comprising a power storage means capable of exchanging electric power with the first and second electric motors,
(A) Over-rotation of the first electric motor connected to the first element by rapid deceleration of the drive wheel based on the number of rotations related to any two of the first to third elements of the planetary gear mechanism Determining whether there is a risk of occurrence of
(B) When it is determined by the over-rotation determination means that there is a risk of over-rotation of the first electric motor, fuel supply to each of the combustion chambers is stopped and the first and second electric motors The internal combustion engine and the first and second electric motors are controlled so that the input / output power is within the allowable charging power set by the allowable charging power setting means, and the determination result by the overspeed determination means Required to ignite the air-fuel mixture if the fuel is supplied to at least one of the plurality of combustion chambers when the fuel supply to each of the combustion chambers should be stopped according to Stopping fuel supply to the at least one combustion chamber on the condition that a sufficient amount of fuel has been supplied;
Is included.
この方法によれば、過回転判定手段による判定結果に応じて燃焼室の各々に対する燃料供給を停止させるべきときに燃料が供給されている燃焼室に対して本来供給されるべき量の燃料が供給される前に燃料供給を中断しても、当該燃焼室内で混合気を点火・燃焼させることができるので、未燃燃料の排出によるエミッションの悪化を抑制することができる。また、燃料が供給されている燃焼室への燃料供給量を混合気の点火に必要な量とすることで、内燃機関からできるだけトルクが出力されないようにすることが可能となり、内燃機関の回転数を速やかに低下させると共に内燃機関からの出力トルクを速やかに低下させることができる。従って、この方法を採用すれば、蓄電手段を過充電しないように第1および第2電動機のトルク出力を制限しても、内燃機関をより適正に制御することで、エミッションを悪化させることなく駆動輪の急減速に起因した第1電動機の過回転を抑制することが可能となる。 According to this method, when the fuel supply to each of the combustion chambers should be stopped according to the determination result by the over-rotation determination means, the amount of fuel that should be supplied to the combustion chamber to which the fuel is supplied is supplied. Even if the fuel supply is interrupted before being performed, the air-fuel mixture can be ignited and combusted in the combustion chamber, so that it is possible to suppress the deterioration of emissions due to the discharge of unburned fuel. In addition, by setting the amount of fuel supplied to the combustion chamber to which fuel is supplied to an amount necessary for ignition of the air-fuel mixture, it is possible to prevent torque from being output as much as possible from the internal combustion engine, and the rotational speed of the internal combustion engine. As well as the output torque from the internal combustion engine can be reduced quickly. Therefore, if this method is adopted, even if the torque output of the first and second motors is limited so that the power storage means is not overcharged, the internal combustion engine can be controlled more appropriately to drive without deteriorating emissions. It is possible to suppress over-rotation of the first electric motor due to the sudden deceleration of the wheel.
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。 Next, the best mode for carrying out the present invention will be described using examples.
図1は、本発明の実施例に係るハイブリッド自動車20の概略構成図である。同図に示すハイブリッド自動車20は、エンジン22を含む内燃機関装置21と、エンジン22の出力軸であるクランクシャフト26にダンパ28を介して接続された3軸式の動力分配統合機構30と、動力分配統合機構30に接続された発電可能なモータMG1と、動力分配統合機構30に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸32aに連結された減速ギヤ35と、この減速ギヤ35を介してリングギヤ軸32aに接続されたモータMG2と、ハイブリッド自動車20の全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット(以下、「ハイブリッドECU」という)70等とを備えるものである。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a
内燃機関装置21を構成するエンジン22は、ガソリンや軽油といった炭化水素系の燃料と空気との混合気を複数(実施例では、4気筒)の燃焼室120内で爆発燃焼させ、混合気の爆発燃焼に伴うピストン121の往復運動をクランクシャフト26の回転運動へと変換することにより動力を出力する内燃機関として構成されている。このエンジン22では、図2からわかるように、エアクリーナ122により清浄された空気がスロットルバルブ123を介して吸気管126内に取り入れられ、吸入空気には燃料噴射弁127からガソリン等の燃料が噴射される。こうして得られる空気と燃料との混合気は、可変バルブタイミング機構として構成された動弁機構130により駆動される吸気バルブ131を介して燃焼室120に吸入されると共に点火プラグ128による電気火花によって爆発燃焼させられる。エンジン22からの排気ガスは、排気バルブ132や排気マニホールド140を介して一酸化炭素(CO)や炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOx)といった有害成分を浄化する排ガス浄化触媒(三元触媒)を備える浄化装置141へと送出され、浄化装置141にて浄化された後、外部へと排出される。また、内燃機関装置21は、浄化装置141の後段の排気管に接続されて排ガスをサージタンク(吸気系)へと還流させるEGR管142と、このEGR管142の中途に設けられて排気系から吸気系へと還流される排ガス(EGRガス)の還流量(EGR量)を調節するEGR弁143と、EGR管142内のEGRガスの温度を検出する温度センサ144等を含む。
The
このように構成されるエンジン22は、エンジン用電子制御ユニット(以下、「エンジンECU」という)24により制御される。エンジンECU24は、図2に示すように、CPU24aを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU24aの他に各種処理プログラムを記憶するROM24bと、データを一時的に記憶するRAM24cと、図示しない入出力ポートおよび通信ポート等とを含む。そして、エンジンECU24には、エンジン22の状態等を検出する各種センサからの信号が図示しない入力ポートを介して入力される。例えば、エンジンECU24には、クランクシャフト26の回転位置を検出するクランクポジションセンサ180からのクランクポジションやエンジン22の冷却水の温度を検出する水温センサ181からの冷却水温Tw、燃焼室120内の圧力を検出する筒内圧センサ182からの筒内圧力、吸気バルブ131や排気バルブ132を駆動する動弁機構130に含まれるカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサ133からのカムポジション、スロットルバルブ123の位置を検出するスロットルバルブポジションセンサ124からのスロットルポジション、エンジン22の負荷としての吸入空気量を検出するエアフローメータ183からの吸入空気量GA、吸気管126に取り付けられた吸気温度センサ184からの吸気温度Tair、吸気管126内の負圧を検出する吸気圧センサ185からの吸気負圧Pi、排気マニホールド140の浄化装置141の上流側に配置された空燃比センサ186からの空燃比AF、EGR管142の温度センサ144からのEGRガス温度等が入力ポートを介して入力される。そして、エンジンECU24は、エンジン22を駆動するための様々な制御信号を図示しない出力ポートを介して出力する。例えば、エンジンECU24は、燃料噴射弁127への駆動信号やスロットルバルブ123の位置を調節するスロットルモータ125への駆動信号、イグナイタと一体化されたイグニッションコイル129への制御信号、動弁機構130への制御信号、EGR弁143への駆動信号等を出力ポートを介して出力する。更に、エンジンECU24は、ハイブリッドECU70と通信しており、ハイブリッドECU70からの制御信号によりエンジン22を運転制御すると共に必要に応じてエンジン22の運転状態に関するデータをハイブリッドECU70に出力する。
The
動力分配統合機構30は、外歯歯車のサンギヤ31と、このサンギヤ31と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ32と、サンギヤ31と噛合すると共にリングギヤ32と噛合する複数のピニオンギヤ33と、複数のピニオンギヤ33を自転かつ公転自在に保持するキャリア34とを有し、キャリア34が共線図上でサンギヤ31とリングギヤ32との間に位置すると共に、これら3つの要素が互いに差動回転できるように構成されたシングルピニオン式遊星歯車機構である。かかる動力分配統合機構30の第1要素であるサンギヤ31にはモータMG1の回転軸が、第2要素であるキャリアにはエンジン22のクランクシャフト26が、第3要素であるリングギヤ32にはリングギヤ軸32aと減速ギヤ35とを介してモータMG2の回転軸がそれぞれ連結されている。動力分配統合機構30は、モータMG1が発電機として機能するときにはキャリア34から入力されるエンジン22からの動力をサンギヤ31側とリングギヤ32側とにそのギヤ比に応じて分配し、モータMG1が電動機として機能するときにはキャリア34から入力されるエンジン22からの動力とサンギヤ31から入力されるモータMG1からの動力を統合してリングギヤ32側に出力する。リングギヤ32に出力された動力は、リングギヤ軸32aからギヤ機構37およびデファレンシャルギヤ38を介して最終的に駆動輪である車輪39a,39bに出力される。
The power distribution and
モータMG1およびMG2は、何れも発電機として作動すると共に電動機として作動可能な周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ41,42を介して二次電池であるバッテリ50と電力のやり取りを行う。インバータ41,42とバッテリ50とを接続する電力ライン54は、各インバータ41,42が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータMG1,MG2の何れか一方により発電される電力を他方のモータで消費できるようになっている。従って、バッテリ50は、モータMG1,MG2の何れかから生じた電力や不足する電力により充放電されることになり、モータMG1,MG2により電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ50は充放電されないことになる。モータMG1,MG2は、何れもモータ用電子制御ユニット(以下、「モータECU」という)40により駆動制御されている。モータECU40には、モータMG1,MG2を駆動制御するために必要な信号、例えばモータMG1,MG2の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ43,44からの信号や、図示しない電流センサにより検出されるモータMG1,MG2に印加される相電流等が入力されており、モータECU40からは、インバータ41,42へのスイッチング制御信号等が出力される。また、モータECU40は、回転位置検出センサ43,44から入力した信号に基づいて図示しない回転数算出ルーチンを実行し、モータMG1,MG2の回転子の回転数Nm1,Nm2を計算している。また、モータECU40は、ハイブリッドECU70と通信しており、ハイブリッドECU70からの制御信号等に基づいてモータMG1,MG2を駆動制御すると共に必要に応じてモータMG1,MG2の運転状態に関するデータをハイブリッドECU70に出力する。
Each of the motors MG1 and MG2 is configured as a well-known synchronous generator motor that operates as a generator and can operate as an electric motor, and exchanges power with a
バッテリ50は、リチウムイオン二次電池あるいはニッケル水素二次電池として構成されており、バッテリ用電子制御ユニット(以下、「バッテリECU」という)52によって管理されている。バッテリECU52には、バッテリ50を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ50の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧、バッテリ50の出力端子に接続された電力ライン54に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流、バッテリ50に取り付けられた温度センサ51からのバッテリ温度Tb等が入力されている。バッテリECU52は、必要に応じてバッテリ50の状態に関するデータを通信によりハイブリッドECU70に出力する。更に、バッテリECU52は、バッテリ50を管理するために、電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量SOCを算出したり、当該残容量SOCに基づいてバッテリ50の充放電要求パワーPb*を算出したり、残容量SOCと電池温度Tbとに基づいてバッテリ50の充電に許容される電力である許容充電電力としての入力制限Winとバッテリ50の放電に許容される電力である許容放電電力としての出力制限Woutとを算出したりする。なお、バッテリ50の入出力制限Win,Woutは、バッテリ温度Tbに基づいて入出力制限Win,Woutの基本値を設定すると共に、バッテリ50の残容量(SOC)に基づいて出力制限用補正係数と入力制限用補正係数とを設定し、設定した入出力制限Win,Woutの基本値に補正係数を乗じることにより設定可能である。
The
ハイブリッドECU70は、CPU72を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU72の他に処理プログラムを記憶するROM74や、データを一時的に記憶するRAM76、図示しない入出力ポートおよび通信ポート等を備える。ハイブリッドECU70には、イグニッションスイッチ(スタートスイッチ)80からのイグニッション信号、シフトレバー81の操作位置であるシフトポジションSPを検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSP、アクセルペダル83の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Acc、ブレーキペダル85の踏み込み量を検出するブレーキペダルストロークセンサ86からのブレーキペダルストロークBS、車速センサ87からの車速V等が入力ポートを介して入力される。そして、ハイブリッドECU70は、上述したように、エンジンECU24やモータECU40、バッテリECU52等と通信ポートを介して接続されており、エンジンECU24やモータECU40、バッテリECU52等と各種制御信号やデータのやり取りを行っている。
The
上述のように構成された実施例のハイブリッド自動車20では、ハイブリッドECU70によって運転者によるアクセルペダル83の踏み込み量に対応したアクセル開度Accと車速Vとに基づいて駆動輪である車輪39a,39bに連結された駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力すべき要求トルクTr*が計算され、この要求トルクTr*に基づくトルクがリングギヤ軸32aに出力されるようにエンジンECU24によりエンジン22が、モータECU40によりモータMG1およびMG2がそれぞれ制御される。エンジン22とモータMG1およびMG2の運転制御モードとしては、要求トルクTr*に見合うパワーがエンジン22から出力されるようにエンジン22を運転制御すると共にエンジン22から出力されるパワーのすべてが動力分配統合機構30とモータMG1およびMG2とによってトルク変換されてリングギヤ軸32aに出力されるようモータMG1およびMG2を駆動制御するトルク変換運転モードや、要求トルクTr*とバッテリ50の充放電に必要な電力との和に見合うパワーがエンジン22から出力されるようにエンジン22を運転制御すると共にバッテリ50の充放電を伴ってエンジン22から出力されるパワーの全部またはその一部が動力分配統合機構30とモータMG1およびMG2とによるトルク変換を伴って要求トルクTr*に基づくトルクがリングギヤ軸32aに出力されるようモータMG1およびMG2を駆動制御する充放電運転モード、エンジン22の運転を停止して要求トルクTr*に基づくトルクをリングギヤ軸32aに出力するようにモータMG2を駆動制御するモータ運転モード等がある。
In the
次に、上述のように構成された実施例のハイブリッド自動車20が走行しているときの動作について説明する。図3は、エンジン22の運転を伴ってハイブリッド自動車20が走行しているときに、実施例のハイブリッドECU70により所定時間毎(例えば、数msec毎)に実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
Next, the operation when the
図3に示す駆動制御ルーチンの開始に際して、ハイブリッドECU70のCPU72は、アクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Accや、車速センサ87からの車速V、エンジン22の回転数Ne、モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2、充放電要求パワーPb*、バッテリ50の入出力制限Win,Wout、過回転予測フラグFerの値といった制御に必要なデータの入力処理を実行する(ステップS100)。ここで、エンジン22の回転数Neは、エンジンECU24によりクランクポジションセンサ180からのクランクポジションに基づいて計算されるものであって当該エンジンECU24から通信により入力される。また、モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2は、モータECU40から通信により入力されるものであり、充放電要求パワーPb*や入出力制限Win,Woutは、バッテリECU52から通信により入力されるものである。更に、過回転予測フラグFerは、通常時には値0に設定されると共に、例えば駆動輪である車輪39a,39bのスリップが生じた後にグリップ力が回復したこと等による車輪39a,39bやリングギヤ32およびモータMG2の急減速に起因して動力分配統合機構30のサンギヤ31に接続されたモータMG1が過回転するおそれがあるときに後述のようにハイブリッドECU70により値1に設定されるものである。
At the start of the drive control routine shown in FIG. 3, the
ステップS100のデータ入力処理の後、過回転予測フラグFerが値0であるか否かを判定する(ステップS110)。過回転予測フラグFerが値0である場合には、ステップS100にて入力したモータMG2の回転数Nm2から本ルーチンの前回実行時に入力した回転数Nm2(前回Nm2)を減じることにより回転数変化量ΔNm2を計算し(ステップS120)、回転数変化量ΔNm2が予め定められた負の閾値ΔNref未満であるか否か、すなわちモータMG2の回転数Nm2の減少量が値|ΔNref|以上であるか否かを判定する(ステップS130)。なお、閾値ΔNrefは、固定値とされてもよく、例えば車速Vが高いほど小さく(絶対値が大きく)設定される可変値とされてもよい。ステップS130にて回転数変化量ΔNm2が閾値ΔNref以上であると判断された場合には、モータMG1が過回転するおそれがないとみなして過回転予測フラグFerを値0に設定すると共に(ステップS150)、エンジンECU24に対して各燃焼室120への燃料噴射の停止(以下、適宜「燃料カット」という)を要求するときに値1に設定される燃料カット要求フラグFfcdを値0に設定する(ステップS160)。また、ステップS130にて回転数変化量ΔNm2が閾値ΔNref未満であると判断された場合には、更にステップS100にて入力したモータMG1の回転数Nm1が予め定められた正の値である判定用回転数Nm1ref未満であるか否かを判定し(ステップS140)、回転数Nm1が判定用回転数Nm1ref未満である場合には、回転フラグFerを値0に設定すると共に(ステップS150)、燃料カット要求フラグFfcdを値0に設定する(ステップS160)。なお、判定用回転数Nm1refは、モータMG1の常用最大回転数よりも低い比較的大きい値とされる。
After the data input process of step S100, it is determined whether or not the overspeed prediction flag Fer is 0 (step S110). When the overspeed prediction flag Fer has a value of 0, the rotational speed change amount is obtained by subtracting the rotational speed Nm2 (previous Nm2) input at the previous execution of this routine from the rotational speed Nm2 of the motor MG2 input at step S100. ΔNm2 is calculated (step S120), and whether or not the rotational speed change amount ΔNm2 is less than a predetermined negative threshold value ΔNref, that is, whether or not the decrease amount of the rotational speed Nm2 of the motor MG2 is greater than or equal to the value | ΔNref | Is determined (step S130). The threshold value ΔNref may be a fixed value, for example, a variable value that is set to be smaller (the absolute value is larger) as the vehicle speed V is higher. When it is determined in step S130 that the rotation speed change amount ΔNm2 is equal to or greater than the threshold value ΔNref, the overspeed prediction flag Fer is set to a
ステップS160にて燃料カット要求フラグFfcdを値0に設定した場合には、ステップS100にて入力したアクセル開度Accと車速Vとに基づいて駆動輪である車輪39a,39bに連結されたリングギヤ軸32aに出力すべき要求トルクTr*を設定した上で、エンジン22に要求される要求パワーPe*を設定する(ステップS170)。実施例では、アクセル開度Accと車速Vと要求トルクTr*との関係が予め定められて要求トルク設定用マップとしてROM74に記憶されており、要求トルクTr*としては、与えられたアクセル開度Accと車速Vとに対応したものが当該マップから導出・設定される。図4に要求トルク設定用マップの一例を示す。また、実施例において、要求パワーPe*は、設定した要求トルクTr*にリングギヤ軸32aの回転数Nrを乗じたものと充放電要求パワーPb*とロスLossとの総和として計算される。なお、リングギヤ軸32aの回転数Nrは、図示するようにモータMG2の回転数Nm2を減速ギヤ35のギヤ比Grで除するか、あるいは車速Vに換算係数kを乗じることによって求めることができる。次いで、要求パワーPe*に基づいてエンジン22の目標運転ポイントである目標回転数Ne*および目標トルクTe*を設定してエンジンECU24に送信する(ステップS180)。実施例では、エンジン22を効率よく動作させるために予め定められた動作ラインと要求パワーPe*とに基づいてエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とが設定される。図5に、エンジン22の動作ラインと要求パワーPe*が一定となることを示す回転数NeとトルクTeとの相関曲線とを例示する。同図に示すように、目標回転数Ne*と目標トルクTe*は、上記動作ラインと要求パワーPe*(Ne*×Te*)が一定となることを示す相関曲線との交点として求めることができる。ハイブリッドECU70から目標回転数Ne*および目標トルクTe*を受信したエンジンECU24は、目標回転数Ne*と目標トルクTe*とに基づいて目標吸入空気量GA*を設定すると共に、目標吸入空気量GA*に基づいてスロットルバルブ123の目標開度Th*を設定し、スロットルバルブポジションセンサ124からのスロットルポジションに基づいてスロットルバルブ123の開度が目標開度Th*となるようにスロットルモータ125を制御する。更に、エンジンECU24は、このようなスロットル開度制御と共に、燃料噴射制御、点火時期制御、バルブタイミング制御、排ガス還流制御等を実行する。
When the fuel cut request flag Ffcd is set to a value of 0 in step S160, the ring gear shaft connected to the
エンジン22の目標回転数Ne*および目標トルクTe*を設定した後、目標回転数Ne*とリングギヤ軸32aの回転数(Nm2/Gr)と動力分配統合機構30のギヤ比ρ(サンギヤ31の歯数/リングギヤ32の歯数)とを用いて次式(1)に従いモータMG1の目標回転数Nm1*を計算した上で、計算した目標回転数Nm1*と現在の回転数Nm1とに基づく次式(2)の計算を実行してモータMG1から出力すべきトルクの仮の値である仮モータトルクTm1tmpを計算する(ステップS190)。ここで、式(1)は、動力分配統合機構30の回転要素に対する力学的な関係式である。動力分配統合機構30の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図を図6に例示する。図中、左側のS軸はモータMG1の回転数Nm1に一致するサンギヤ31の回転数を示し、中央のC軸はエンジン22の回転数Neに一致するキャリア34の回転数を示し、右側のR軸はモータMG2の回転数Nm2を減速ギヤ35のギヤ比Grで除したリングギヤ32の回転数Nrを示す。また、R軸上の2つの太線矢印は、モータMG1にトルクTm1を出力させたときにこのトルク出力によりリングギヤ軸32aに作用するトルクと、モータMG2にトルクTm2を出力させたときに減速ギヤ35を介してリングギヤ軸32aに作用するトルクとを示す。モータMG1の目標回転数Nm1*を求めるための式(1)は、この共線図における回転数の関係を用いれば容易に導出することができる。そして、式(2)は、モータMG1を目標回転数Nm1*で回転させるためのフィードバック制御における関係式であり、式(2)中、右辺第2項の「k1」は比例項のゲインであり、右辺第3項の「k2」は積分項のゲインである。
After setting the target rotational speed Ne * and the target torque Te * of the
Nm1*=Ne*・(1+ρ)/ρ-Nm2/(Gr・ρ) …(1)
Tm1tmp=-ρ/(1+ρ)・Te*+k1・(Nm1*-Nm1)+k2・∫(Nm1*-Nm1)dt …(2)
Nm1 * = Ne * ・ (1 + ρ) / ρ-Nm2 / (Gr ・ ρ) (1)
Tm1tmp = -ρ / (1 + ρ) ・ Te * + k1 ・ (Nm1 * -Nm1) + k2 ・ ∫ (Nm1 * -Nm1) dt (2)
続いて、次式(3)および(4)の双方を満たすようにモータMG1から出力してもよいトルクの上下限としてのトルク制限Tm1min,Tm1maxを設定し(ステップS200)、モータMG1に対するトルク指令Tm1*をトルク制限Tm1min,Tm1maxで仮モータトルクTm1tmpを制限した値に設定する(ステップS210)。ここで、式(3)は、モータMG1とモータMG2とによりリングギヤ軸32aに出力されるトルクの総和が値0から要求トルクTr*までの範囲内に含まれることを示す関係式であり、式(4)は、モータMG1とモータMG2とにより入出力される電力の総和が入出力制限Win,Woutの範囲内に含まれることを示す関係式である。これら式(3)および式(4)に示される関係を図7に例示する。同図からわかるように、トルク制限Tm1min,Tm1maxは、同図中斜線で示した領域におけるトルクTm1の最大/最小値として求めることができる。これにより、トルク制限Tm1min,Tm1maxで仮モータトルクTm1tmpを制限した値をモータMG1に対するトルク指令Tm1*とすれば、モータMG1により入出力される電力(発電電力)をバッテリ50の入出力制限Winの範囲内のものとすることが可能となる。
Subsequently, torque limits Tm1min and Tm1max are set as upper and lower limits of the torque that may be output from the motor MG1 so as to satisfy both the following expressions (3) and (4) (step S200), and a torque command for the motor MG1 is set. Tm1 * is set to a value obtained by limiting the temporary motor torque Tm1tmp with the torque limits Tm1min and Tm1max (step S210). Here, Expression (3) is a relational expression indicating that the total torque output to the
0≦-Tm1/ρ+Tm2・Gr≦Tr*…(3)
Win≦Tm1・Nm1+Tm2・Nm2≦Wout…(4)
0 ≦ -Tm1 / ρ + Tm2, Gr ≦ Tr * (3)
Win ≦ Tm1 / Nm1 + Tm2 / Nm2 ≦ Wout… (4)
モータMG1に対するトルク指令Tm1*を設定したならば、要求トルクTr*とトルク指令Tm1*と動力分配統合機構30のギヤ比ρと減速ギヤ35のギヤ比Grとを用いてモータMG2から出力すべきトルクの仮の値である仮モータトルクTm2tmpを次式(5)に従い計算する(ステップS220)。更に、バッテリ50の入出力制限Win,WoutとステップS210にて設定したモータMG1に対するトルク指令Tm1*とモータMG1,MG2の現在の回転数Nm1,Nm2とを用いてモータMG2から出力してもよいトルクの上下限としてのトルク制限Tm2min,Tm2maxを次式(6)および式(7)に従い計算する(ステップS230)。そして、モータMG2に対するトルク指令Tm2*をトルク制限Tm2min,Tm2maxで仮モータトルクTm2tmpを制限した値に設定する(ステップS240)。このようにしてモータMG2に対するトルク指令Tm2*を設定することにより、リングギヤ軸32aに出力するトルクをバッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内で制限したトルクとして設定することができる。なお、式(5)は、図6の共線図から容易に導出することができる。こうしてモータMG1,MG2に対するトルク指令Tm1*,Tm2*を設定したならば、トルク指令Tm1*,Tm2*をモータECU40に送信し(ステップS250)、再度ステップS100以降の処理を実行する。また、トルク指令Tm1*,Tm2*を受信したモータECU40は、トルク指令Tm1*に従ってモータMG1が駆動されると共にトルク指令Tm2*に従ってモータMG2が駆動されるようにインバータ41,42のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。
If the torque command Tm1 * for the motor MG1 is set, it should be output from the motor MG2 using the required torque Tr *, the torque command Tm1 *, the gear ratio ρ of the power distribution and
Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr …(5)
Tm2min=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 …(6)
Tm2max=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 …(7)
Tm2tmp = (Tr * + Tm1 * / ρ) / Gr (5)
Tm2min = (Win-Tm1 * ・ Nm1) / Nm2 (6)
Tm2max = (Wout-Tm1 * ・ Nm1) / Nm2 (7)
一方、ステップS130にて回転数変化量ΔNm2が閾値ΔNref未満であると判断されると共に、ステップS140にて回転数Nm1が判定用回転数Nm1ref以上であると判断された場合には、図6において破線で示すように、車輪39a,39bやリングギヤ32およびモータMG2の急減速によりサンギヤ31に接続されたモータMG1が過回転するおそれがあるとみなし、上述の過回転予測フラグFerを値1に設定すると共に(ステップS270)、エンジンECU24に対してエンジン22に対する燃料噴射の停止を要求すべく燃料カット要求フラグFfcdを値1に設定する(ステップS280)。そして、モータMG1の過回転抑制を優先してエンジン22の回転数Neと仮モータトルクTm1tmpとの関係を規定するように予め作成された図示しないトルク指令設定用マップからステップS100にて入力した回転数Neに対応した仮モータトルクTm1tmpを導出・設定すると共に(ステップS290)、上述のステップS200〜S250の処理を実行した上で、再度ステップS100以降の処理を実行する。すなわち、車輪39a,39bやリングギヤ32およびモータMG2の急減速によりモータMG1が過回転するおそれがある場合には、エンジン22の各燃焼室120への燃料噴射を停止することにより(ステップS280)、図6において二点鎖線で示すように、エンジン22の回転数Neを速やかに低下させると共にエンジン22の出力トルクを速やかに低下させることでモータMG1の回転上昇を抑制すると共に、モータMG1およびMG2により入出力される電力がバッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内に収まるようにモータMG1およびMG2が制御されるのである(ステップS290,S200〜S250)。なお、ステップS280にて過回転予測フラグFが一旦値1に設定された後には、ステップS110にて否定判断がなされることになり、この場合には、ステップS100にて入力したエンジン22の回転数NeがモータMG1の過回転を生じさせない程度に低い値として予め定められた判定用回転数Neref以上であるか否かを判定し(ステップS260)、回転数Neが判定用回転数Neref以上である場合には、ステップS280,S200〜S250の処理を実行する。また、ステップS260にて回転数Neが判定用回転数Neref未満になったと判断されると、再度ステップS150〜S250の処理が実行されることになる。
On the other hand, if it is determined in step S130 that the rotational speed change amount ΔNm2 is less than the threshold value ΔNref and it is determined in step S140 that the rotational speed Nm1 is greater than or equal to the determination rotational speed Nm1ref, FIG. As indicated by the broken line, it is considered that the motor MG1 connected to the
引き続き、ハイブリッドECU70によりエンジンECU24に対して燃料カットの要求がなされたときの動作について説明する。図8は、ハイブリッドECU70により燃料カット要求フラグFfcdが値1に設定されたときにエンジンECU24により実行される燃料カット時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
Next, the operation when the
図8の燃料カット時制御ルーチンの開始に際して、エンジンECU24のCPU24aは、例えば各燃料噴射弁127の燃料噴射終了時期等に基づいて、その時点で燃料を噴射している燃料噴射弁127の有無を判定する(ステップS310)。そして、燃料噴射中の燃料噴射弁127が存在していなければ、それ以後、燃料カットを停止すべき旨の指令がなされるまで、すべての燃料噴射弁127からの燃料噴射を禁止すべく、燃料カットフラグFfcを値1に設定し(ステップS400)、本ルーチンを終了させる。一方、ステップS310にて燃料噴射中の燃料噴射弁127が存在していると判断された場合には、その時点で燃料を噴射していないすべての燃料噴射弁127からの燃料噴射を禁止した上で(ステップS320)、例えば各燃料噴射弁127の燃料噴射終了時期等に基づいて燃料を噴射している燃料噴射弁127のうちの最先に(最も早く)燃料噴射が終了するものを特定する(ステップS330)。次いで、エンジン22の回転数Neとエアフローメータ183からの吸入空気量GAを入力し(ステップS340)、燃焼室120内で燃料と空気との混合気を点火させるのに必要な最低の燃料の量である最低噴射量Qminを回転数Neと吸入空気量GAとに基づいて設定する(ステップS350)。実施例では、回転数Neと吸入空気量GAと最低噴射量Qminとの関係が実験・解析結果に基づいて予め定められて最低噴射量設定用マップとしてROM24bに記憶されており、最低噴射量Qminとしては、与えられた回転数Neと吸入空気量GAとに対応したものが当該マップから導出・設定される。図9に最低噴射量設定用マップの一例を示す。同図に示すように、実施例の最低噴射量設定用マップは、吸入空気量GAが多いほど最低噴射量Qminを多くすると共に、エンジン22の回転数Neが高いほど最低噴射量Qminを少なくするように作成されている。
At the start of the fuel cut time control routine of FIG. 8, the
こうして、最低噴射量Qminを設定したならば、燃焼室120内に最低噴射量Qminだけ燃料を噴射するのに要する時間を最低噴射時間τminとして定め(ステップS360)、対象となる最先に燃料噴射が終了する燃料噴射中の燃料噴射弁127について計測されている噴射時間τと最低噴射時間τminとを比較する(ステップS370)。ステップS370の処理が1回実行された段階で噴射時間τが最低噴射時間τmin以上であると判断された場合には、その時点で対象となる燃料噴射弁127からの燃料噴射を停止させると共に、当該燃料噴射弁127に対応した燃焼室120で混合気の点火が実行されるように当該燃焼室120に配置されている点火プラグ128のイグニッションコイル129に制御信号を送信する(ステップS380)。また、ステップS370の処理が1回実行された段階で噴射時間τが最低噴射時間τmin未満であると判断された場合には、噴射時間τが最低噴射時間τminに達するまで燃料噴射を継続させ、噴射時間τが最低噴射時間τmin以上になった時点で対象となる燃料噴射弁127からの燃料噴射を停止させると共に、当該燃料噴射弁127に対応した燃焼室120での混合気の点火を実行させる(ステップS380)。ステップS380の処理の後、すべての燃焼室120に対する燃料噴射が停止されたか否かを判定し(ステップS390)、燃料噴射中の燃料噴射弁127が他に存在すれば、再度ステップS330〜S380の処理を実行する。そして、すべての燃料噴射弁127からの燃料噴射が停止された時点で、それ以後、燃料カットを停止すべき旨の指令がなされるまで、すべての燃料噴射弁127からの燃料噴射を禁止すべく、燃料カットフラグFfcを値1に設定し(ステップS400)、本ルーチンを終了させる。
Thus, when the minimum injection amount Qmin is set, the time required to inject the fuel by the minimum injection amount Qmin into the
図10は、上述の燃料カット時制御ルーチンが実行されて各燃焼室120に対する燃料噴射が停止される様子を例示するタイムチャートである。なお、図10において、実線の両矢印は燃料噴射が実行されていることを示し、点線の両矢印または矢印は燃料噴射が実行されないことを示す。同図に示す例において、ハイブリッドECU70により燃料カット要求フラグFfcdが値1に設定されたと判断された時点(時刻t0)では、第3(#3)および第4(#4)の燃焼室120に対して燃料噴射弁127から燃料が噴射されていないので、その時点で第3および第4の燃焼室120に対する燃料噴射が禁止される(図8のステップS320)。また、図10の例では、時刻t0にて第1(#1)および第2(#2)の燃焼室120へと燃料噴射弁127から燃料が噴射されているが、第2の燃焼室120については、噴射時間τが上述の最低噴射時間τminを超えていることから、燃料カット要求フラグFfcdが値1に設定されたと判断された時点(時刻t0)で燃料噴射が停止されると共に混合気の点火が実行される(図8のステップS370,S380)。また、第1の燃焼室120については、燃料カット要求フラグFfcdが値1に設定されたと判断された時点(時刻t0)で、噴射時間τが上述の最低噴射時間τminを下回っていることから、噴射時間τが最低噴射時間τminに達するまで燃料噴射が継続される。そして、第1の燃焼室120については、噴射時間τが最低噴射時間τminに達した時点(時刻t1)で燃料噴射が停止されると共に混合気の点火が実行され(図8のステップS370,S380)、それと共に燃料カットフラグFfcが値1に設定されることになる(図8のステップS400)。
FIG. 10 is a time chart illustrating how the fuel injection control routine is executed and fuel injection into each
以上説明したように、実施例のハイブリッド自動車20では、ハイブリッドECU70により車輪39a,39bの急減速に起因してサンギヤ31に接続されたモータMG1の過回転が発生するおそれがあると判断されたときに(ステップS130,S140)、燃焼室120の各々に対する燃料噴射が停止されると共にモータMG1およびMG2により入出力される電力がバッテリ50の充電に許容される許容充電電力としての入力制限Winの範囲内に収まるようにエンジン22とモータMG1およびMG2とが制御される(図3のステップS270〜290,S200〜S250)。そして、このようにモータMG1の過回転が発生するおそれがあると判断されたのに伴って燃焼室120の各々に対する燃料噴射を停止させるべきときに複数の燃焼室120のうち少なくとも何れか一つに燃料が噴射されている場合には、混合気を点火させるのに必要な最低噴射量Qminの燃料が供給されたことを条件として当該少なくとも一つの燃焼室120に対する燃料噴射が停止される(図8のステップS330〜S380)。
As described above, in the
これにより、燃料が噴射されている燃焼室120に対して本来供給されるべき量の燃料が噴射される前に燃料噴射を中断しても、当該燃焼室120内で混合気を点火・燃焼させることができるので、未燃燃料の排出によるエミッションの悪化を抑制することができる。また、燃料が噴射されている燃焼室120への燃料噴射量を混合気の点火に必要な最低噴射量Qminとすることで、エンジン22からできるだけトルクが出力されないようにすることが可能となり、エンジン22の回転数Neを速やかに低下させると共にエンジン22からの出力トルクを速やかに低下させることができる。従って、実施例のハイブリッド自動車20では、バッテリ50を過充電しないようにモータMG1およびMG2のトルク出力を制限しても(図3のステップS200〜S250)、エンジン22をより適正に制御することで、エミッションを悪化させることなく駆動輪である車輪39a,39bの急減速に起因したモータMG1の過回転を抑制することが可能となる。
As a result, even if fuel injection is interrupted before the amount of fuel that should be supplied to the
また、実施例のハイブリッド自動車20では、混合気を点火させるのに必要な最低噴射量Qminがエンジン22の吸入空気量GAが多いほど多く、かつエンジン22の回転数Neが高いほど小さくなるように設定される(図9参照)。これにより、モータMG1の過回転が発生するおそれがあると判断されたのに伴って燃焼室120の各々に対する燃料噴射を停止させるべきときに燃料が噴射されている燃焼室120への燃料噴射量をより適正に設定することが可能となる。更に、上記実施例のように、リングギヤ32の回転数に比例するモータMG2の回転数Nm2の回転数変化量ΔNm2が負の閾値ΔNref未満すなわちモータMG2の回転数Nm2の減少量が値|ΔNref|以上であると共にサンギヤ31の回転数に一致するモータMG1の回転数Nm1が判定用回転数Nm1ref以上であるときにモータMG1の過回転が発生するおそれがあると判断すれば、モータMG1の過回転が発生するおそれの有無をより適正に判定することが可能となる。そして、上述のようにエンジン22をより適正に制御することでエミッションを悪化させることなく駆動輪である車輪39a,39bの急減速に起因したモータMG1の過回転を抑制可能とすることは、エネルギ密度が高く小型・軽量化を図ることができる一方で過充電に対する耐性が比較的低いリチウムイオン二次電池をバッテリ50として採用するにあたって、バッテリ50を保護する観点から極めて有利なものとなる。
Further, in the
なお、ここまで主として駆動輪である車輪39a,39bのスリップが生じた後にグリップ力が回復したことに起因したモータMG1の過回転の抑制について説明したが、このようなモータMG1の過回転は、ハイブリッド自動車20の走行中の急制動により駆動輪である車輪39a,39bが急減速(ロック)することに起因して発生することもある。従って、図8の燃料カット時制御ルーチンは、ハイブリッド自動車20の急制動(およびアクセルオフ)に伴うエンジン22の燃料カット時に実行されてもよい。これにより、急制動により駆動輪である車輪39a,39bが急減速したりロックしたりしたときに、エミッションを悪化させることなくエンジン22の回転数Neを速やかに低下させると共にエンジン22からの出力トルクを速やかに低下させ、それによりモータMG1の過回転を良好に抑制することが可能となる。更に、上記実施例のハイブリッド自動車20では、駆動軸としてのリングギヤ軸32aとモータMG2とがモータMG2の回転数を減速してリングギヤ軸32aに伝達する減速ギヤ35を介して連結されているが、減速ギヤ35の代わりに、例えばHi,Loの2段の変速段あるいは3段以上の変速段を有したモータMG2の回転数を変速してリングギヤ軸32aに伝達する変速機を採用してもよい。また、実施例のハイブリッド自動車20は、モータMG2の動力を駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力するものであるが、本発明の適用対象はこれに限られるものでもない。すなわち、本発明は、図11に示す変形例に係るハイブリッド自動車20Aのように、モータMG2の動力をリングギヤ軸32aとは異なる車軸(図11における車輪39c,39dに接続された車軸)に出力するものに適用されてもよい。
Although the suppression of over-rotation of the motor MG1 due to the recovery of the grip force after the slip of the
ここで、上記実施例および変形例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明しておく。すなわち、上記実施例等では、複数の燃焼室120内で燃料と空気との混合気を燃焼させて動力を出力可能なエンジン22が「内燃機関」に相当し、動力を入出力可能なモータMG1が第1電動機に相当し、モータMG1に接続されるサンギヤ31と、エンジン22のクランクシャフト26に接続されるキャリア34と、駆動輪である車輪39a,39bに動力を伝達するリングギヤ軸32aに接続されるリングギヤ32とを有し、キャリア34が共線図上でサンギヤ31とリングギヤ32との間に位置すると共に、これら3つの要素が互いに差動回転できるように構成された動力分配統合機構30が「遊星歯車機構」に相当し、リングギヤ軸32aに動力を入出力可能なモータMG2が「電動機」に相当し、モータMG1およびモータMG2と電力をやり取り可能なバッテリ50が「蓄電手段」に相当し、バッテリ50の入力制限Winを設定するバッテリECU52が「許容充電電力設定手段」に相当し、動力分配統合機構30のサンギヤ31の回転数に一致するモータMG1の回転数Nm1とリングギヤ32の回転数に比例するモータMG2の回転数Nm2とに基づいて駆動輪である車輪39a,39bの急減速によりサンギヤ31に接続されたモータMG1の過回転が発生するおそれがあるか否かを判定するハイブリッドECU70が「過回転判定手段」に相当し、図3の駆動制御ルーチンを実行するハイブリッドECU70と、ハイブリッドECU70からの目標回転数Ne*および目標トルクTe*に従ってエンジン22を制御すると共に図8の燃料カット時制御ルーチンを実行するエンジンECU24と、ハイブリッドECU70からのトルク指令Tm1*およびTm2*に従ってモータMG1およびMG2を制御するモータECU40との組み合わせが「制御手段」に相当する。
Here, the correspondence between the main elements of the above-described embodiments and modifications and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problems will be described. That is, in the above-described embodiments, the
ただし、「内燃機関」は、ガソリンや軽油といった炭化水素系の燃料の供給を受けて動力を出力するエンジン22に限られず、水素エンジンといったような他の如何なる形式のものであっても構わない。「第1電動機」や「第2電動機」は、モータMG1,MG2のような同期発電電動機に限られず、誘導電動機といったような他の如何なる形式のものであっても構わない。「遊星歯車機構」は、第1電動機の回転軸に接続される第1要素と、内燃機関の出力軸に接続される第2要素と、駆動輪に動力を伝達する駆動軸に接続される第3要素とを有し、第2要素が共線図上で第1要素と第3要素との間に位置すると共に、これら3つの要素が互いに差動回転できるように構成されたものであれば、如何なる形式のものであっても構わない。「蓄電手段」は、バッテリ50のような二次電池に限られず、第1および第2電動機と電力をやり取り可能なものであればキャパシタといったような他の如何なる形式のものであっても構わない。「許容充電電力設定手段」は、蓄電手段の状態に基づいて当該蓄電手段の充電に許容される許容充電電力を設定をするものであれば、バッテリECU52以外の他の如何なる形式のものであっても構わない。「過回転判定手段」は、遊星歯車機構の第1から第3要素の何れか2つに関連した回転数に基づいて駆動輪の急減速により第1電動機の過回転が発生するおそれがあるか否かを判定するものであれば、ハイブリッドECU70以外の他の如何なる形式のものであっても構わない。「制御手段」は、第1電動機の過回転が発生するおそれがあると判断されたときに、燃焼室の各々に対する燃料供給が停止されると共に第1および第2電動機により入出力される電力が蓄電手段の許容充電電力の範囲内に収まるように内燃機関と第1および第2電動機とを制御し、第1電動機の過回転が発生するおそれがあると判断されたのに伴って燃焼室の各々に対する燃料供給を停止させるべきときに複数の燃焼室のうち少なくとも何れか一つに燃料が供給されている場合には、混合気を点火させるのに必要な量の燃料が供給されたことを条件として少なくとも一つの燃焼室に対する燃料供給を停止させるものであれば、単一の電子制御ユニット等のように、ハイブリッドECU70とエンジンECU24とモータECU40との組み合わせ以外の他の如何なる形式のものであっても構わない。何れにしても、これら実施例および変形例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。すなわち、実施例はあくまで課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎず、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の解釈は、その欄の記載に基づいて行なわれるべきものである。
However, the “internal combustion engine” is not limited to the
以上、実施例を用いて本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、様々な変更をなし得ることはいうまでもない。 The embodiments of the present invention have been described above using the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Needless to say.
本発明は、ハイブリッド車両の製造産業等において利用可能である。 The present invention can be used in the manufacturing industry of hybrid vehicles.
20,20A ハイブリッド自動車、21 内燃機関装置、22 エンジン、24 エンジン用電子制御ユニット(エンジンECU)、24a,72 CPU、24b,74 ROM、24c,76 RAM、26 クランクシャフト、28 ダンパ、30 動力分配統合機構、31 サンギヤ、32 リングギヤ、32a リングギヤ軸、33 ピニオンギヤ、34 キャリア、35 減速ギヤ、37 ギヤ機構、38 デファレンシャルギヤ、39a〜39d 車輪、40 モータ用電子制御ユニット(モータECU)、41,42 インバータ、43,44 回転位置検出センサ、50 バッテリ、51 温度センサ、52 バッテリ用電子制御ユニット(バッテリECU)、54 電力ライン、70 ハイブリッド用電子制御ユニット(ハイブリッドECU)、80 イグニッションスイッチ、81 シフトレバー、82 シフトポジションセンサ、83 アクセルペダル、84 アクセルペダルポジションセンサ、85 ブレーキペダル、86 ブレーキペダルストロークセンサ、87 車速センサ、120 燃焼室、121 ピストン、122 エアクリーナ、123 スロットルバルブ、124 スロットルバルブポジションセンサ、125 スロットルモータ、126 吸気管、127 燃料噴射弁、128 点火プラグ、129 イグニッションコイル、130 動弁機構、131 吸気バルブ、132 排気バルブ、133 カムポジションセンサ、140 排気マニホールド、141 浄化装置、142 EGR管、143 EGR弁、144 温度センサ、180 クランクポジションセンサ、181 水温センサ、182 筒内圧センサ、183 エアフローメータ、184 吸気温度センサ、185 吸気圧センサ、186 空燃比センサ、MG1,MG2 モータ。 20, 20A hybrid vehicle, 21 internal combustion engine device, 22 engine, 24 engine electronic control unit (engine ECU), 24a, 72 CPU, 24b, 74 ROM, 24c, 76 RAM, 26 crankshaft, 28 damper, 30 power distribution Integrated mechanism, 31 sun gear, 32 ring gear, 32a ring gear shaft, 33 pinion gear, 34 carrier, 35 reduction gear, 37 gear mechanism, 38 differential gear, 39a-39d wheels, 40 electronic control unit for motor (motor ECU), 41, 42 Inverter, 43, 44 Rotation position detection sensor, 50 battery, 51 Temperature sensor, 52 Electronic control unit for battery (battery ECU), 54 Power line, 70 Electronic control unit for hybrid (hybrid E) U), 80 ignition switch, 81 shift lever, 82 shift position sensor, 83 accelerator pedal, 84 accelerator pedal position sensor, 85 brake pedal, 86 brake pedal stroke sensor, 87 vehicle speed sensor, 120 combustion chamber, 121 piston, 122 air cleaner, 123 Throttle valve, 124 Throttle valve position sensor, 125 Throttle motor, 126 Intake pipe, 127 Fuel injection valve, 128 Spark plug, 129 Ignition coil, 130 Valve mechanism, 131 Intake valve, 132 Exhaust valve, 133 Cam position sensor, 140 Exhaust manifold, 141 purification device, 142 EGR pipe, 143 EGR valve, 144 Temperature sensor, 180 Crank position sensor, 1 81 Water temperature sensor, 182 In-cylinder pressure sensor, 183 Air flow meter, 184 Intake air temperature sensor, 185 Intake air pressure sensor, 186 Air-fuel ratio sensor, MG1, MG2 motor.
Claims (6)
動力を入出力可能な第1電動機と、
前記第1電動機の回転軸に接続される第1要素と、前記内燃機関の出力軸に接続される第2要素と、駆動輪に動力を伝達する駆動軸に接続される第3要素とを有し、前記第2要素が共線図上で前記第1要素と前記第3要素との間に位置すると共に、これら3つの要素が互いに差動回転できるように構成された遊星歯車機構と、
前記駆動軸に動力を入出力可能な第2電動機と、
前記第1および第2電動機と電力をやり取り可能な蓄電手段と、
前記蓄電手段の状態に基づいて該蓄電手段の充電に許容される許容充電電力を設定をする許容充電電力設定手段と、
前記遊星歯車機構の前記第1から第3要素の何れか2つに関連した回転数に基づいて前記駆動輪の急減速により前記第1要素に接続された前記第1電動機の過回転が発生するおそれがあるか否かを判定する過回転判定手段と、
前記過回転判定手段により前記第1電動機の過回転が発生するおそれがあると判断されたときに、前記燃焼室の各々に対する燃料供給が停止されると共に前記第1および第2電動機により入出力される電力が前記許容充電電力設定手段により設定された許容充電電力の範囲内に収まるように前記内燃機関と前記第1および第2電動機とを制御し、前記過回転判定手段による判定結果に応じて前記燃焼室の各々に対する燃料供給を停止させるべきときに前記複数の燃焼室のうち少なくとも何れか一つに前記燃料が供給されている場合には、前記混合気を点火させるのに必要な量の燃料が供給されたことを条件として前記少なくとも一つの燃焼室に対する燃料供給を停止させる制御手段と、
を備えるハイブリッド車両。 An internal combustion engine capable of outputting power by burning a mixture of fuel and air in a plurality of combustion chambers;
A first electric motor capable of inputting and outputting power;
A first element connected to the rotating shaft of the first electric motor; a second element connected to the output shaft of the internal combustion engine; and a third element connected to a driving shaft that transmits power to the drive wheels. A planetary gear mechanism configured such that the second element is positioned between the first element and the third element on a collinear diagram, and the three elements can be differentially rotated with respect to each other;
A second electric motor capable of inputting and outputting power to the drive shaft;
Power storage means capable of exchanging power with the first and second motors;
An allowable charge power setting means for setting an allowable charge power allowed for charging the power storage means based on a state of the power storage means;
Based on the number of rotations related to any two of the first to third elements of the planetary gear mechanism, the drive motor suddenly decelerates and the first motor connected to the first element over-rotates. Over-rotation determining means for determining whether there is a risk,
When it is determined by the over-rotation determining means that there is a risk of over-rotation of the first electric motor, fuel supply to each of the combustion chambers is stopped and input / output by the first and second electric motors. The internal combustion engine and the first and second motors are controlled so that the power to be within the range of the allowable charging power set by the allowable charging power setting means, and according to the determination result by the overspeed determination means If the fuel is supplied to at least one of the plurality of combustion chambers when the fuel supply to each of the combustion chambers should be stopped, the amount of fuel required to ignite the mixture is increased. Control means for stopping fuel supply to the at least one combustion chamber on the condition that fuel is supplied;
A hybrid vehicle comprising:
前記制御手段は、前記混合気を点火させるのに必要な量を前記内燃機関の吸入空気量が多いほど多く、かつ該内燃機関の回転数が高いほど小さくなるように設定するハイブリッド車両。 The hybrid vehicle according to claim 1,
The hybrid vehicle is configured such that the control means sets an amount necessary for igniting the air-fuel mixture to increase as the intake air amount of the internal combustion engine increases and to decrease as the rotational speed of the internal combustion engine increases.
前記過回転判定手段は、前記第3要素の回転数の減少量が所定値以上であると共に前記第1要素の回転数が所定回転数以上であるときに前記第1電動機の過回転が発生するおそれがあると判断するハイブリッド車両。 In the hybrid vehicle according to claim 1 or 2,
The over-rotation determination means generates an over-rotation of the first electric motor when the amount of decrease in the rotation speed of the third element is equal to or greater than a predetermined value and the rotation speed of the first element is equal to or greater than a predetermined rotation speed. A hybrid vehicle that determines that there is a risk.
前記遊星歯車機構は、前記第1電動機の回転軸に接続されるサンギヤと、前記駆動軸に接続されるリングギヤと、該サンギヤおよび該リングギヤの双方と噛合する複数のピニオンギヤを保持すると共に前記内燃機関の出力軸に接続されるキャリアとを含むシングルピニオン式遊星歯車機構であるハイブリッド車両。 In the hybrid vehicle according to any one of claims 1 to 4,
The planetary gear mechanism holds a sun gear connected to a rotation shaft of the first electric motor, a ring gear connected to the drive shaft, and a plurality of pinion gears meshed with both the sun gear and the ring gear, and the internal combustion engine. A hybrid vehicle that is a single pinion planetary gear mechanism including a carrier connected to the output shaft of the vehicle.
(a)前記遊星歯車機構の前記第1から第3要素の何れか2つに関連した回転数に基づいて前記駆動輪の急減速により前記第1要素に接続された前記第1電動機の過回転が発生するおそれがあるか否かを判定するステップと、
(b)前記過回転判定手段により前記第1電動機の過回転が発生するおそれがあると判断されたときに、前記燃焼室の各々に対する燃料供給が停止されると共に前記第1および第2電動機により入出力される電力が前記許容充電電力設定手段により設定された許容充電電力の範囲内に収まるように前記内燃機関と前記第1および第2電動機とを制御し、前記過回転判定手段による判定結果に応じて前記燃焼室の各々に対する燃料供給を停止させるべきときに前記複数の燃焼室のうち少なくとも何れか一つに前記燃料が供給されている場合には、前記混合気を点火させるのに必要な量の燃料が供給されたことを条件として前記少なくとも一つの燃焼室に対する燃料供給を停止させるステップと、
を含むハイブリッド車両の制御方法。 An internal combustion engine capable of outputting power by burning a mixture of fuel and air in a plurality of combustion chambers, a first motor capable of inputting / outputting power, and a first element connected to a rotating shaft of the first motor And a second element connected to the output shaft of the internal combustion engine, and a third element connected to the drive shaft for transmitting power to the drive wheels, the second element on the nomograph A planetary gear mechanism that is positioned between one element and the third element and configured so that these three elements can rotate differentially with each other; and a second electric motor that can input and output power to the drive shaft; A control method for a hybrid vehicle comprising a power storage means capable of exchanging electric power with the first and second electric motors,
(A) Over-rotation of the first electric motor connected to the first element by rapid deceleration of the drive wheel based on the number of rotations related to any two of the first to third elements of the planetary gear mechanism Determining whether there is a risk of occurrence of
(B) When it is determined by the over-rotation determination means that there is a risk of over-rotation of the first electric motor, fuel supply to each of the combustion chambers is stopped and the first and second electric motors The internal combustion engine and the first and second electric motors are controlled so that the input / output power is within the allowable charging power set by the allowable charging power setting means, and the determination result by the overspeed determination means Required to ignite the air-fuel mixture if the fuel is supplied to at least one of the plurality of combustion chambers when the fuel supply to each of the combustion chambers should be stopped according to Stopping fuel supply to the at least one combustion chamber on the condition that a sufficient amount of fuel has been supplied;
A control method for a hybrid vehicle including:
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2008290208A JP2010116032A (en) | 2008-11-12 | 2008-11-12 | Hybrid vehicle and method of controlling the same |
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
2008
- 2008-11-12 JP JP2008290208A patent/JP2010116032A/en active Pending
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