JP2011093372A

JP2011093372A - ハイブリッド自動車

Info

Publication number: JP2011093372A
Application number: JP2009247538A
Authority: JP
Inventors: Toshimitsu Ito; 利光伊藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2011-05-12

Abstract

【課題】内燃機関の触媒暖機運転を実行している最中に内燃機関に対する燃料供給を停止すると共に内燃機関を第１電動機でモータリングすることに起因した浄化触媒の温度低下をより適正に抑制する。
【解決手段】エンジン２２の触媒暖機運転を実行している最中にアクセルペダル８３の踏み込みが解除されたときには、エンジン２２に対する燃料供給を停止すると共に、エンジン２２に対する燃料供給の停止中に浄化触媒１３３の浄化性能を低下させないエンジン２２の回転数として設定される上限回転数Ｎｅｍａｘでエンジン２２の回転数を制限しながらモータＭＧ１によるエンジン２２のモータリングを伴って要求トルクＴｒ＊に基づく制動力が駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力されるようエンジン２２とモータＭＧ１およびＭＧ２とを制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ハイブリッド自動車に関する。

従来、この種のハイブリッド自動車としては、排ガスを浄化するための触媒を含む浄化装置を有するエンジンと、第１のモータおよび車軸に接続された遊星歯車機構と、当該車軸に接続された第２のモータと、第１および第２のモータと電力のやり取りが可能なバッテリとを備え、触媒の温度とバッテリの残容量とに基づいて触媒の活性化を促進させるエンジンの触媒暖機運転を実行するか否かを判定するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このハイブリッド自動車では、触媒の温度が所定温度以下であると共にバッテリの残容量が所定値以上であるときに触媒暖機運転を実行すべきと判定することにより、バッテリの残容量を確保しながら触媒暖機運転を実行してエミッションの悪化を抑制している。

特開２００８−２３８９６５号公報

ところで、上述のようなハイブリッド自動車では、運転者によりアクセルペダルの踏み込みが解除されたときには、エンジンに対する燃料供給を停止すると共に第１のモータでエンジンをモータリングすることによりエンジンからフリクショントルクを車軸に作用させることができる。しかしながら、エンジンのフリクションは個体差によりエンジン毎に異なるため、エンジンによっては所望のフリクショントルクを得るためにモータリングにより予め定められた設計値よりもエンジン回転数を高める必要が生じることもある。このような場合には、エンジン回転数の増加に伴い多量の空気が燃焼を伴わずに浄化装置へと送られるため、エンジンの触媒暖機運転が実行されているときであっても触媒の温度が低下してしまい、触媒を良好に暖機できなくなるおそれがある。

本発明のハイブリッド自動車は、内燃機関の触媒暖機運転を実行している最中に内燃機関に対する燃料供給を停止すると共に内燃機関を第１電動機でモータリングすることに起因した浄化触媒の温度低下をより適正に抑制することを主目的とする。

本発明のハイブリッド自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のハイブリッド自動車は、内燃機関と、該内燃機関の排気を浄化する浄化触媒を有する浄化装置と、動力を入出力可能な第１電動機と、車軸に連結された駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記第１電動機の回転軸とに３つの回転要素が接続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、前記駆動軸に要求される制動力である要求制動力を設定する要求制動力設定手段と、
を備えたハイブリッド自動車であって、
前記浄化触媒の活性化を促進させる前記内燃機関の触媒暖機運転を実行している最中に運転者によりアクセルペダルの踏み込みが解除されたときには、前記内燃機関に対する燃料供給を停止すると共に、前記内燃機関に対する燃料供給の停止中に前記浄化触媒の浄化性能を低下させない該内燃機関の回転数として設定される上限回転数で該内燃機関の回転数を制限しながら前記第１電動機による該内燃機関のモータリングを伴って前記要求制動力に基づく制動力が前記駆動軸に出力されるよう該内燃機関と前記第１および第２電動機とを制御するアクセルオフ時制御手段、
を備えることを要旨とする。

本発明のハイブリッド自動車では、浄化触媒の活性化を促進させる内燃機関の触媒暖機運転を実行している最中に運転者によりアクセルペダルの踏み込みが解除されたときには、内燃機関に対する燃料供給を停止すると共に、内燃機関に対する燃料供給の停止中に浄化触媒の浄化性能を低下させない当該内燃機関の回転数として設定される上限回転数で内燃機関の回転数を制限しながら第１電動機による内燃機関のモータリングを伴って要求制動力に基づく制動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と前記第１および第２電動機とを制御する。これにより、内燃機関のフリクションが個体差により内燃機関毎に異なっていたとしても、所望のフリクショントルクを得るためにモータリングにより内燃機関の回転数が過度に高められてしまうことを抑制し、アクセルペダルの踏み込みが解除された際に浄化装置に送られる空気量の増加を抑制することができる。従って、このハイブリッド自動車では、内燃機関の触媒暖機運転を実行している最中に内燃機関に対する燃料供給を停止すると共に内燃機関を第１電動機でモータリングすることに起因した浄化触媒の温度低下をより適正に抑制することが可能となる。

また、前記上限回転数は、前記浄化触媒の温度が高いほど大きく設定されるものであってもよい。これにより、内燃機関に対する燃料供給を停止すると共に第１電動機により内燃機関をモータリングすることで駆動軸に出力される内燃機関のフリクショントルクを浄化触媒の暖機の程度に応じて大きくすることができるため、浄化触媒の温度低下を抑制しながらできるだけ内燃機関のフリクションを利用して車両に制動力を付与することができる。

本発明の実施例に係る車両としてのハイブリッド自動車２０の概略構成図である。エンジン２２の概略構成図である。ハイブリッドＥＣＵ７０により実行されるアクセルオフ時駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の実施例に係る車両としてのハイブリッド自動車２０の概略構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、ガソリンや軽油などを燃料とするエンジン２２と、エンジン２２を駆動制御するエンジン用電子制御ユニット（以下、「エンジンＥＣＵ」という）２４と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介してキャリア３４が接続されたプラネタリギヤ３０と、プラネタリギヤ３０のサンギヤ３１に接続された発電可能なモータＭＧ１と、プラネタリギヤ３０のリングギヤ３２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、リングギヤ軸３２ａにギヤ機構３７およびディファレンシャルギヤ３８を介して接続された駆動輪３９ａ，３９ｂと、モータＭＧ１と電力ライン５４との間に介設されたインバータ４１と、モータＭＧ２と電力ライン５４との間に介設されたインバータ４２と、インバータ４１，４２を介してモータＭＧ１およびＭＧ２を駆動制御するモータ用電子制御ユニット（以下、「モータＥＣＵ」という）４０と、電力ライン５４に接続された例えば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であるバッテリ５０と、バッテリ５０を管理するバッテリ用電子制御ユニット（以下、「バッテリＥＣＵ」という）５２と、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０、バッテリＥＣＵ５２と通信しながら車両全体を制御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とを備える。

エンジン２２は、図２に示すように、エアクリーナ１２２により洗浄された空気をスロットルバルブ１２４を介して吸入すると共に燃料タンク１２５からの燃料を燃料噴射弁１２６から噴射して混合し、この混合気を吸気バルブ１２８を介して燃焼室に吸入し、点火プラグ１３０による電気火花によって爆発燃焼させて、そのエネルギにより押し下げられるピストン１３２の往復運動によってクランクシャフト２６の回転運動に変換する。エンジン２２からの排気は、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ），窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する浄化触媒（三元触媒）１３３を有する浄化装置１３４を介して外気へ排出される。

エンジンＥＣＵ２４は、ＣＰＵ２４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とを備える。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２の状態を検出する種々の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ている。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１４０からのクランクポジションやスロットルバルブ１２４のポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサ１４６からのスロットルバルブ１２４のスロットル開度、エンジン２２に吸入される空気の質量流量を検出するエアフローメータ１４８からの吸入空気量Ｑａ、エンジン２２の冷却水の温度を検出する水温センサ１４９からの冷却水温Ｔｗ、浄化触媒１３３の温度を検出する触媒温度センサ１５０からの触媒床温Ｔｃａｔなどが入力されている。また、エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を駆動するための種々の制御信号が図示しない出力ポートを介して出力されている。例えば、エンジンＥＣＵ２４からは、燃料噴射弁１２６への駆動信号やスロットルバルブ１２４のスロットル開度を調節するスロットルモータ１３６への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。また、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出力する。さらに、エンジンＥＣＵ２４は、所定の触媒暖機条件が成立したときに、浄化触媒１３３の活性化を促進させるために、エンジン２２の間欠運転を禁止すると共に、例えばエンジン２２の回転数Ｎｅを所定回転数（例えばアイドル時の回転数）に保持しつつ点火時期を通常時よりも大幅に進角させながらエンジン２２を運転する触媒暖機運転を実行する。ここで、触媒暖機条件としては、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが所定の暖機実行残容量（例えば３０％程度）以上であると共に浄化触媒１３３の触媒床温Ｔｃａｔが所定の暖機実行温度以下であること等が挙げられる。

モータＥＣＵ４０は、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からの信号に基づくモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２といったモータＭＧ１，ＭＧ２に関するデータを計算する。バッテリＥＣＵ５２は、バッテリ５０を管理するために、バッテリ５０の残容量ＳＯＣを算出したり、残容量ＳＯＣと所定の充放電制約とに基づいてバッテリ５０の充放電要求パワーを算出したり、バッテリ５０の残容量ＳＯＣとバッテリ５０の温度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Ｗｏｕｔとを算出したりする。

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において、アクセルペダル８３の踏み込みが解除されている際の動作について説明する。図３は、アクセルペダル８３の踏み込みが解除されている際にハイブリッドＥＣＵ７０により所定時間毎（例えば数ｍｓｅｃ毎）に実行されるアクセルオフ時駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。

図３のアクセルオフ時駆動制御ルーチンの開始に際して、ハイブリッドＥＣＵ７０の図示しないＣＰＵは、アクセルペダルポジションセンサ８２からのアクセル開度Ａｃｃや車速センサ８８からの車速Ｖ、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２、バッテリ５０の許容充電電力Ｗｉｎおよび許容放電電力Ｗｏｕｔ、浄化触媒１３３の触媒床温Ｔｃａｔ，触媒暖機運転フラグＦの値といった駆動制御に必要なデータを入力する（ステップＳ１００）。ここで、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、バッテリ５０の許容充電電力Ｗｉｎおよび許容放電電力Ｗｏｕｔは、バッテリＥＣＵ５２から通信により入力されるものであり、浄化触媒１３３の触媒床温Ｔｃａｔは触媒温度センサ１５０により検出されると共にエンジンＥＣＵ２４から通信により入力されるものである。ただし、触媒床温Ｔｃａｔは、エンジン２２の始動後における吸入空気量Ｑａの積算値とエンジン２２の始動時における冷却水温Ｔｗとに基づいてエンジンＥＣＵ２４により演算されたものであってもよい。また、触媒暖機運転フラグＦは、エンジンＥＣＵ２４によりエンジン２２の触媒暖機運転が実行されていないときには値０に設定されると共に、エンジン２２の触媒暖機運転が実行されているときには値１に設定されるフラグであり、エンジンＥＣＵ２４から通信により入力されるものである。

ステップＳ１００のデータ入力処理の後、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて車両に要求されるトルクとして駆動輪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＊を設定する（ステップＳ１１０）。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図示しない要求トルク設定用マップとして図示しないＲＯＭに記憶されており、与えられたアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに対応した要求トルクＴｒ＊が当該マップから導出・設定される。そして、実施例において、アクセルペダル８３の踏み込みが解除されているとき、すなわち、アクセル開度Ａｃｃが値０であるときには、極低速域を除いて要求トルクＴｒ＊として負の値である制動トルクが設定される。

続いて、車速Ｖに基づいてエンジン２２の目標回転数の仮の値である仮目標回転数Ｎｅｔｍｐを設定する（ステップＳ１２０）。実施例では、アクセルオフ状態での車速Ｖとエンジン２２の仮目標回転数Ｎｅｔｍｐとの関係が予め定められて図示しないアクセルオフ時目標回転数設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶されており、与えられた車速Ｖに対応したものが仮目標回転数Ｎｅｔｍｐとして当該マップから導出・設定される。アクセルオフ時目標回転数設定用マップは、エンジン２２の回転数と燃料カットされた状態のエンジン２２から得られるフリクショントルクとの関係を予め実験・解析等により定めたものであり、基本的に車速Ｖが大きいほど仮目標回転数Ｎｅｔｍｐを大きな値に規定するものとして作成される。

次に、触媒暖機運転フラグＦが値１であるか否かを判定し（ステップＳ１３０）、触媒暖機運転フラグＦが値１であると判定されたとき、すなわち、エンジンＥＣＵ２４によりエンジン２２の触媒暖機運転が実行されているときには、モータＭＧ１でエンジン２２をモータリングする際のエンジン２２の回転数の上限値である上限回転数Ｎｅｍａｘを浄化触媒１３３の触媒床温Ｔｃａｔに基づいて設定する（ステップＳ１４０）。上限回転数Ｎｅｍａｘは、エンジン２２に対する燃料供給を停止すると共にモータＭＧ１でエンジン２２をモータリングしたときに浄化触媒１３３の浄化性能を低下させない回転数として実験・解析等により予め定められるものであり、上限回転数Ｎｅｍａｘと触媒床温Ｔｃａｔとの関係を規定するように予め定められた図示しない上限回転数設定用マップを用いて浄化触媒１３３の触媒床温Ｔｃａｔが高いほど大きく設定される。そして、ステップＳ１３０で設定したエンジン２２の仮目標回転数Ｎｅｔｍｐと上限回転数Ｎｅｍａｘとの小さいほうをエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊として設定する（ステップＳ１５０）。これに対して、ステップＳ１３０にて触媒暖機運転フラグＦが値１でないと判定されたとき、すなわち、エンジン２２の触媒暖機運転が実行されていないときには、浄化触媒の温度低下を抑制するためにモータＭＧ１でエンジン２２をモータリングするときの回転数を制限する必要がないため、ステップＳ１２０で設定した仮目標回転数Ｎｅｔｍｐをエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊として設定する（ステップＳ１６０）。

エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定したならば、バッテリ５０の許容充電電力Ｗｉｎ，許容放電電力Ｗｏｕｔの範囲内で、エンジン２２の回転数が目標回転数Ｎｅ＊となるようにするための回転数フィードバック制御によりモータＭＧ１から出力すべきトルクとしてのトルク指令Ｔｍ１＊を設定し、要求トルクＴｒ＊からモータＭＧ１をトルク指令Ｔｍ１＊で駆動したときにプラネタリギヤ３０を介してリングギヤ軸３２ａに作用するトルクを減じて得られるトルクをモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊として設定する（ステップＳ１７０）。そして、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊およびＴｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信すると共にエンジン２２の燃料カット指令をエンジンＥＣＵ２４に送信して（ステップＳ１８０）、本ルーチンを一旦終了する。

燃料カット指令を受け取ったエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２の燃料噴射を停止するよう燃料噴射弁１２６を制御する。また、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受け取ったモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊、Ｔｍ２＊に基づいてインバータ４１，４２を制御する。こうした制御により、実施例のハイブリッド自動車２０は、クランクシャフト２６が目標回転数Ｎｅ＊で回転するように燃料カットされた状態のエンジン２２をモータＭＧ１によってモータリングすることでエンジン２２のフリクショントルクを駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すると共に、要求トルクＴｒ＊に対するフリクショントルクの過不足分に相当するトルクをモータＭＧ２から駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに入出力することが可能となる。なお、ステップＳ１５０において上限回転数Ｎｅｍａｘがエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊とされたときに、許容充電電力Ｗｉｎが充電電力として小さい場合、モータＭＧ２から十分な回生制動力を出力することができずに制動力が不足するおそれがあるが、このような場合には、図示しない電子制御式油圧ブレーキユニットから不足分の制動力を出力すればよい。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、浄化触媒１３３の活性化を促進させるエンジン２２の触媒暖機運転を実行している最中に運転者によりアクセルペダル８３の踏み込みが解除されたときには、エンジン２２に対する燃料供給を停止すると共に、エンジン２２に対する燃料供給の停止中に浄化触媒１３３の浄化性能を低下させないエンジン２２の回転数として設定される上限回転数Ｎｅｍａｘでエンジン２２の回転数を制限しながらモータＭＧ１によるエンジン２２のモータリングを伴って要求トルクＴｒ＊に基づく制動力が駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力されるようエンジン２２とモータＭＧ１およびモータＭＧ２とを制御する。これにより、エンジン２２のフリクションが個体差によりエンジン毎に異なっていたとしても、所望のフリクショントルクを得るためにモータリングによりエンジン回転数が過度に高められてしまうことを抑制し、浄化装置１３４に送られる空気量の増加を抑制することができる。従って、実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の触媒暖機運転を実行している最中にエンジン２２に対する燃料供給を停止すると共にエンジン２２をモータＭＧ１でモータリングすることに起因した浄化触媒１３３の温度低下をより適正に抑制することが可能となる。

また、上限回転数Ｎｅｍａｘは、浄化触媒１３３の触媒床温Ｔｃａｔが高いほど大きく設定される。これにより、エンジン２２に対する燃料供給を停止すると共にモータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングすることで駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力されるエンジン２２のフリクショントルクを浄化触媒１３３の暖機の程度に応じて大きくすることができるため、浄化触媒１３３の温度低下を抑制しながらできるだけエンジン２２のフリクションを利用して車両に制動力を付加することができる。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等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、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、ハイブリッド自動車の製造産業に利用可能である。

２０ハイブリッド自動車、２２エンジン、２４エンジンＥＣＵ、２４ａＣＰＵ、２４ｂＲＯＭ、２４ｃＲＡＭ、２６クランクシャフト、２８ダンパ、３０プラネタリギヤ、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ディファレンシャルギヤ、３９ａ，３９ｂ駆動輪、４０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、５２バッテリＥＣＵ、５４電力ライン、７０ハイブリッドＥＣＵ、８３アクセルペダル、８４アクセルペダルポジションセンサ、１２２エアクリーナ、１２４スロットルバルブ、１２５燃料タンク、１２６燃料噴射弁、１２８吸気バルブ、１３０点火プラグ、１３２ピストン、１３３浄化触媒、１３４浄化装置、１３６スロットルモータ、１４０クランクポジションセンサ、１４６スロットルバルブポジションセンサ、１４８エアフローメータ、１４９水温センサ、１５０触媒温度センサ、ＭＧ１，ＭＧ２モータ。

Claims

内燃機関と、該内燃機関の排気を浄化する浄化触媒を有する浄化装置と、動力を入出力可能な第１電動機と、車軸に連結された駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記第１電動機の回転軸とに３つの回転要素が接続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、前記駆動軸に要求される制動力である要求制動力を設定する要求制動力設定手段と、
を備えたハイブリッド自動車であって、
前記浄化触媒の活性化を促進させる前記内燃機関の触媒暖機運転を実行している最中に運転者によりアクセルペダルの踏み込みが解除されたときには、前記内燃機関に対する燃料供給を停止すると共に、前記内燃機関に対する燃料供給の停止中に前記浄化触媒の浄化性能を低下させない該内燃機関の回転数として設定される上限回転数で該内燃機関の回転数を制限しながら前記第１電動機による該内燃機関のモータリングを伴って前記要求制動力に基づく制動力が前記駆動軸に出力されるよう該内燃機関と前記第１および第２電動機とを制御するアクセルオフ時制御手段、
を備えるハイブリッド自動車。