JP2012224282A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、燃料カット中の触媒劣化抑制と減速性確保との両立を図ることのできるハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】内燃機関と、モータと、該内燃機関の吸気弁および排気弁をそれぞれ閉弁停止状態とすることのできる弁停止機構とを備える。車両の減速時に前記内燃機関への燃料噴射を停止すると共に、前記吸気弁および前記排気弁を閉弁停止状態とする燃料カット時閉弁停止手段を備える。車両の減速時に車輪の回転力を前記モータに伝達させ、発電された電気エネルギーをバッテリに充電する。前記バッテリの充電状態に応じて、前記バッテリへの充電電力を制限する充電制限値を算出する。前記燃料カット時閉弁停止手段により前記吸気弁および前記排気弁を閉弁停止状態とした場合において、前記充電制限値が第１充電制限値以下であると判定された場合に、前記排気弁の閉弁停止状態を解除する。
【選択図】図４

Description

この発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関する。

従来、例えば特許文献１（特開２０１０−０５８５７９号公報）に開示されるように、内燃機関と、内燃機関の動力を受けて発電可能な第１モータと、内燃機関の動力を走行用動力として車輪に出力可能であると共に内燃機関の動力の全部または一部を第１モータへ入力可能である動力分配機構と、バッテリからの電力供給を受けて走行用動力を出力可能であると共に回生制動時には発電機として機能する第２モータとを備えたハイブリッド車両が知られている。

また、特許文献１には、第２モータの回生制動時に、バッテリが満充電状態にあって充電制限がなされているときは、第２モータの発電電力を用いて第１モータを力行させるハイブリッド車両の制御装置が開示されている。このような制御装置によれば、第２モータの発電電力を第１モータのロータの回転エネルギーに変換して、発電電力の消費を図ることができる。

特開２０１０−０５８５７９号公報 特開２００５−２８２５２８号公報 特開２００６−１７４５４３号公報 特開２００３−１２５５０１号公報

ところで、車両の減速時に内燃機関への燃料供給を停止させる燃料カットと同期して、吸気弁と排気弁を閉弁状態で停止させる内燃機関が知られている。閉弁状態で弁停止させることにより触媒劣化抑制を図ることができる。しかしながら、上記ハイブリッド車両において両弁を閉弁状態で停止させた場合には、両弁停止によるポンプ損失の低下に対し、発電電力を消費するためにエンジン回転数を上げる必要があるところ、上記従来の制御装置では、第１モータの回転数制約によりエンジン回転数を上げることができない。そのため、発電電力を抑える必要があり第２モータによる減速度が低下するという課題があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃料カット中の触媒劣化抑制と減速性確保との両立を図ることのできるハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関と、モータと、該内燃機関の吸気弁および排気弁をそれぞれ閉弁停止状態とすることのできる弁停止機構とを備えるハイブリッド車両の制御装置であって、
車両の減速時に前記内燃機関への燃料噴射を停止すると共に、前記吸気弁および前記排気弁を閉弁停止状態とする燃料カット時閉弁停止手段と、
車両の減速時に車輪の回転力を前記モータに伝達させ、発電された電気エネルギーをバッテリに充電するエネルギー回生手段と、
前記バッテリの充電状態に応じて、前記バッテリへの充電電力を制限する充電制限値を算出する充電制限値算出手段と、
前記充電制限値が第１充電制限値以下であるか否かを判定する第１充電制限値判定手段と、
前記燃料カット時閉弁停止手段により前記吸気弁および前記排気弁を閉弁停止状態とした場合において、前記充電制限値が前記第１充電制限値以下であると判定された場合に、前記排気弁の閉弁停止状態を解除する排気弁停止解除手段とを備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記充電制限値が第１充電制限値よりも大きい第２充電制限値以上であるか否かを判定する第２充電制限値判定手段と、
前記排気弁停止解除手段により前記排気弁の閉弁停止状態が解除された場合において、前記充電制限値が前記第２充電制限値以上であると判定された場合に、前記排気弁を閉弁停止状態とする排気弁停止手段と、を更に備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、吸気弁および排気弁を閉弁停止状態とした場合において、充電制限値が第１充電制限値以下であると判定された場合に、排気弁の閉弁停止状態を解除する。排気弁のみが弁復帰し、排気行程において排気バルブが開閉することにより、エンジン負トルクが増大し、減速性を確保してドライバビリティの向上を図ることができる。また、吸気弁の閉弁停止状態は維持されるため、燃料カット中の触媒への新気流入を防止して触媒の劣化抑制を図ることができる。このため、本発明によれば、燃料カット中の触媒劣化抑制と減速性確保との両立を図ることができる。

第２の発明によれば、排気弁の閉弁停止状態が解除された場合において、充電制限値が第１充電制限値よりも大きい第２充電制限値以上であると判定された場合に、排気弁を閉弁停止状態とする。充電制限値が第２充電制限値以上である場合には、バッテリの充電量が十分でないと判断し、吸気弁および排気弁を閉弁停止状態とする。このため、本発明によれば、ポンプ損失の低減を図り、エネルギー回生量が増大させ、燃費向上を図ることができる。

本発明の実施の形態１のハイブリッド車両の構成を説明するための図である。 弁停止時のエンジン負トルクについて説明するための図である。 ＨＶバッテリ３０への充電電力の制限値に応じて、排気弁の閉弁停止状態を許可／解除する制御を示す図である。 本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１のハイブリッド車両の構成を説明するための図である。図１において、各構成要素は、４種類の線により結ばれている。それらの線のうち、細線は「信号線」を、黒塗りの太線は「動力伝達経路」を、直線とサインカーブの組み合わせは「交流電力線」を、また、白抜き二重線は「直流電力線」を、それぞれ示している。

本実施形態のシステムは、内燃機関（以下、単にエンジンという。）１０を備えている。エンジン１０は複数の気筒１１を有する。各気筒１１は、図示省略する吸気通路と排気通路とに接続されている。各気筒１１には、吸気通路の下流端を開閉する吸気弁（図示省略）と、排気通路の上流端を開閉する排気弁（図示省略）が取り付けられている。吸気弁および排気弁それぞれには、各弁を個別に閉弁状態で弁停止させることができる弁停止機構５２が取り付けられている。排気通路には、図示省略する触媒が配置されている。

エンジン１０の機関出力軸は、動力分配機構１２の第１回転系に連結されている。動力分配機構１２は、３つの回転系を有している。それらの回転系は、動力分配機構１２の内部で、ギヤ機構を介して、互いに連結されている。

動力分配機構１２の第２回転系には、モータジェネレータ（以下「ＭＧ」という。）１４の回転軸が連結されている。ＭＧ１４は、外部から電力供給を受けるとモータとして機能し、他方、その回転軸にトルクが与えられると、ジェネレータとして機能する。

動力分配機構１２の第３回転系には、ＭＧ１６の回転軸が連結されている。ＭＧ１６は、外部から電力供給を受けてエンジン出力を補助し、駆動力を高めるモータとして機能する。また、減速時には回生ブレーキによる発電を行うジェネレータとして機能する。また、ＭＧ１６の回転軸は、減速機１８の動力取り出しギヤにも連結されている。減速機１８は、その内部にギヤ機構を有しており、そのギヤ機構を介して、上記の動力取り出しギヤと車輪軸２０を連結させている。車輪軸２０には、その両端に、それぞれ車輪２２が固定されている。

ＭＧ１４およびＭＧ１６は、それぞれ、交流電力線を介してインバータ２６に接続されている。インバータ２６には、直流電力線を介して昇圧コンバータ２８が接続されている。更に、昇圧コンバータ２８には、ハイブリッド車両（ＨＶ）バッテリ３０が接続されている。ＭＧ１４およびＭＧ１６は、それぞれ、インバータ２６および昇圧コンバータ２８を介して、ＨＶバッテリ３０との間で電力を授受することができる。

本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０には、ＭＧ１４、ＭＧ１６、インバータ２６、昇圧コンバータ２８およびＨＶバッテリ３０が、それぞれ信号線を介して接続されている。ＥＣＵ５０は、それらの信号線から取得する情報に基づいて、ＨＶバッテリ３０の充電量や、ＨＶバッテリ３０の温度、ＭＧ１４やＭＧ１６がエンジン１０に駆動されることにより生ずる発電量、並びにＭＧ１４やＭＧ１６が車輪２２側から駆動されることにより生ずる回生量を検知することができる。

また、ＥＣＵ５０には、弁停止機構５２、エンジン１０のクランク角を検出するためのクランク角センサ５４、運転者に操作されるアクセルのアクセルＯＮ／ＯＦＦを検出するためのアクセル開度センサ５６、気筒１１内に燃料を供給する燃料噴射弁（図示省略）等の各種センサおよびアクチュエータが、それぞれ信号線を介して接続されている。ＥＣＵ５０は、各種センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各種アクチュエータを作動させることにより、ハイブリッド車両の運転状態を制御する。

本実施形態のシステムでは、車両の減速時（アクセルＯＦＦ時）や制動時において、車輪２２から伝わる動力は、ギヤ機構を介してエンジン１０の出力軸と、ＭＧ１６の回転軸とに伝達される。ＥＣＵ５０は、バッテリの充電状態に応じて充電電力を制限しつつ、ＭＧ１６の回転により発電される電気エネルギーを、ＨＶバッテリ３０に充電させるエネルギー回生制御を実行する。

また、ＥＣＵ５０は、車両の減速時や、エンジン回転数が燃料カット回転数以上の高回転時に、燃料噴射弁への駆動信号を遮断しエンジン１０への燃料噴射を停止する燃料カット（Ｆ／Ｃ）制御を実行する。燃料カット制御の実行により、燃費の向上、オーバーラン防止、失火防止等を図ることができる。

さらに、ＥＣＵ５０は、燃料カット制御に同期して、弁停止機構５２により吸気弁および排気弁を閉弁状態で弁停止させる両弁停止制御を実行する。両弁を閉弁停止状態とすることにより、触媒への吸入空気の流入を防止し、触媒劣化抑制を図ることができる。また、ポンプ損失が低減され、エネルギー回生量が向上し、燃費向上を図ることができる。

［実施の形態１における特徴的制御］
ところで、ＨＶバッテリ３０の充電状態に応じて、ＨＶバッテリ３０への充電電力が所定値以下に制限される場合がある（例えば、満充電状態に近く充電電力が制限される場合）。燃料カットと共に吸気弁および排気弁を閉弁停止状態とする本実施形態のシステムではポンプ損失が小さいため、充電電力が所定値以下に制限される場合には、ＭＧ１６による減速度が低下し、車両の減速性も低下することが懸念される。

次に、このような課題を解決し、触媒劣化抑制と減速性確保との両立を図る本実施形態の特徴的制御について説明する。図２は、弁停止時のエンジン負トルクについて説明するための図である。図２（Ａ）は、吸気弁および排気弁を閉弁停止状態とした両弁停止の場合と、吸気弁のみを閉弁停止状態（排気弁は動作状態）とした吸気弁のみ停止の場合とにおけるエンジン負トルクの違いを示す図である。図２（Ｂ）と図２（Ｃ）は、それぞれ両弁停止の場合と吸気弁のみ停止の場合におけるＰＶ線図を示す図である。

図２（Ｂ）のＰＶ線図に示すように、両弁停止の場合には、ピストンが上下運動しても、負の仕事は非常に小さい。一方、図２（Ｃ）のＰＶ線図に示すように、吸気弁のみ停止の場合には、排気弁の開弁動作に伴い負の仕事が発生する。そのため、図２（Ａ）に示すように、吸気弁のみ停止の場合は、両弁停止の場合に比して大きなエンジン負トルクを得ることができる。具体的には、弁停止制御を実行しない場合と同等のエンジン負トルクを得ることができる。

そのため、充電電力が所定値以下に制限される場合には、吸気弁のみを閉弁停止状態とし、排気弁は動作状態とすることにより、触媒への新気流入を防止して触媒の劣化抑制を図りつつ、エンジン負トルクを増大させて減速性を確保することができる。

より具体的に、本実施形態の特徴的制御について説明する。図３は、ＨＶバッテリ３０への充電電力の制限値に応じて、排気弁の閉弁停止状態を許可／解除する制御を示す図である。車両の減速時など、燃料カットと共に吸気弁および排気弁が閉弁停止状態に制御された場合において、ＨＶバッテリ３０の充電状態に応じて算出される充電制限値（例えば、満充電状態に近いほど小さい値が算出される。）が所定値Ｂ（例えば１ｋＷ）以下となる場合には、排気弁の閉弁停止状態を解除する。これにより、吸気弁のみ閉弁停止状態（排気弁は動作状態）となる。そのため、触媒への新気流入を防止して触媒の劣化抑制を図りつつ、エンジン負トルクを増大させて減速性を確保してドライバビリティの向上を図ることができる。

また、排気弁の閉弁停止状態が解除された場合において、その後、ＨＶバッテリ３０の充電制限値が所定値Ａ（Ａ＞Ｂであり、例えば６ｋＷ）以上となった場合には、排気弁の閉弁停止状態を許可し、両弁を閉弁停止状態とする。両弁を閉弁停止状態とすることにより、ポンプ損失が低減され回生量が増大し燃費向上を図ることができる。

そこで、本実施形態のシステムでは、燃料カット中に両弁が閉弁停止状態である場合において、ＨＶバッテリ３０への充電電力を制限する充電制限値が所定値Ｂ以下となる場合には、排気弁の開弁停止状態を解除することとした。また、燃料カット中に吸気弁のみ閉弁停止状態である場合において、充電制限値が所定値Ｂよりも大きい所定値Ａ以上となる場合には、排気弁の閉弁停止状態を再度許可することとした。

（制御ルーチン）
図４は、上述の動作を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。初期状態は、燃料カットと同期して吸気弁および排気弁が閉弁状態で停止された状態であるとする。図４に示すルーチンでは、まず、ステップＳ１００において、ＨＶバッテリ３０への充電電力を制限する充電制限値が所定値Ａ（例えば６ｋＷ）以上であるか否かが判定される。充電制限値は、他のルーチンにおいてＨＶバッテリ３０の充電量やバッテリ温度に基づいて逐次算出され、例えば、満充電状態に近いほど充電電力は制限され低い充電制限値が算出される。

充電制限値が所定値Ａ以上である場合には、ＥＣＵ５０は、ＨＶバッテリ３０の充電量は十分でなく更に充電されるべき状態にあると判断し、排気弁の閉弁停止状態を許可する（ステップＳ１１０）。これに従って、弁停止機構５２が制御され、排気弁が閉弁状態で停止される。なお、制御前から排気弁が閉弁停止状態である場合にはその状態が維持される。その後、本ルーチンの処理が終了され、他のルーチンにおいて充電制限量が更新された後、再度本ルーチンの処理が実行される。

ステップＳ１００において充電制限量が所定値Ａよりも小さい場合には、次に、充電制限量が所定値Ｂ（例えば１ｋＷ）以下であるか否が判定される（ステップＳ１２０）。所定値Ｂは所定値Ａよりも小さい値である。充電制限量が所定値Ｂ以下である場合には、ＥＣＵ５０は、ＨＶバッテリ３０は満充電状態に近く大きく充電制限されるべき状態にあると判断し、排気弁の閉弁停止状態を解除する（ステップＳ１３０）。これに従って、弁停止機構５２が制御され、排気弁は排気行程で開閉される通常の動作状態となる。その後、本ルーチンの処理が終了され、他のルーチンにおいて充電制限量が更新された後、再度本ルーチンの処理が実行される。次回の本ルーチンの初期状態は、吸気弁のみ閉弁停止状態となる。

ステップＳ１２０において充電制限量が所定値Ｂよりも大きい場合には、現在の弁停止状態（両弁閉弁停止状態、または吸気弁のみ閉弁停止状態）は変更されず、その後、本ルーチンの処理が終了され、他のルーチンにおいて充電制限量が更新された後、再度本ルーチンの処理が実行される。

以上説明したように、図４に示すルーチンによれば、燃料カット中に両弁が閉弁停止状態である場合において、ＨＶバッテリ３０への充電電力を制限する充電制限値が所定値Ｂ以下となる場合には、排気弁の開弁停止状態を解除することができる。これにより、触媒劣化抑制と減速性の確保とを両立させることができる。また、燃料カット中に吸気弁のみ閉弁停止状態である場合において、充電制限値が所定値Ａ以上となる場合には、排気弁の閉弁停止状態を再度許可することができる。これにより、ポンプ損失が低減され回生量が増大し燃費向上を図ることができる。

尚、上述した実施の形態１においては、ＭＧ１６が前記第１の発明における「モータ」に、弁停止機構５２が前記第１の発明における「弁停止機構」に、上述したエネルギー回生制御が前記第１の発明における「エネルギー回生手段」に、上述した燃料カット制御および両弁停止制御が前記第１の発明における「燃料カット時閉弁停止手段」に、それぞれ相当している。

また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップＳ１００の処理で述べた他ルーチンの処理を実行することにより前記第１の発明における「充電制限値算出手段」が、上記ステップＳ１２０の処理を実行することにより前記第１の発明における「第１充電制限値判定手段」が、上記ステップＳ１００の処理を実行することにより前記第２の発明における「第２充電制限値判定手段」が、上記ステップＳ１３０の処理を実行することにより前記第１の発明における「排気弁停止解除手段」が、上記ステップＳ１１０の処理を実行することにより前記第２の発明における「排気弁停止手段」が、それぞれ実現されている。

更に、実施の形態１においては、上記ステップＳ１２０で比較される所定値Ｂが前記第１の発明における「第１充電制限値」に、上記ステップＳ１００で比較される所定値Ａが前記第２の発明における「第２充電制限値」に、それぞれ対応している。

１０ エンジン
１１ 気筒
１２ 動力分配機構
１４、１６ ＭＧ
１８ 減速機
２０ 車輪軸
２２ 車輪
２６ インバータ
２８ 昇圧コンバータ
３０ ＨＶバッテリ
５２ 弁停止機構
５４ クランク角センサ
５６ アクセル開度センサ

Claims (2)

1. 内燃機関と、モータと、該内燃機関の吸気弁および排気弁をそれぞれ閉弁停止状態とすることのできる弁停止機構とを備えるハイブリッド車両の制御装置において、
   車両の減速時に前記内燃機関への燃料噴射を停止すると共に、前記吸気弁および前記排気弁を閉弁停止状態とする燃料カット時閉弁停止手段と、
   車両の減速時に車輪の回転力を前記モータに伝達させ、発電された電気エネルギーをバッテリに充電するエネルギー回生手段と、
   前記バッテリの充電状態に応じて、前記バッテリへの充電電力を制限する充電制限値を算出する充電制限値算出手段と、
   前記充電制限値が第１充電制限値以下であるか否かを判定する第１充電制限値判定手段と、
   前記燃料カット時閉弁停止手段により前記吸気弁および前記排気弁を閉弁停止状態とした場合において、前記充電制限値が前記第１充電制限値以下であると判定された場合に、前記排気弁の閉弁停止状態を解除する排気弁停止解除手段と、
   を備えることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 前記充電制限値が第１充電制限値よりも大きい第２充電制限値以上であるか否かを判定する第２充電制限値判定手段と、
   前記排気弁停止解除手段により前記排気弁の閉弁停止状態が解除された場合において、前記充電制限値が前記第２充電制限値以上であると判定された場合に、前記排気弁を閉弁停止状態とする排気弁停止手段と、
   を更に備えることを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置。

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