JP2015058786A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】減速時におけるバッテリの保護とエンジンの失火防止とを両立し得るハイブリッド車両の制御装置を提供する。【解決手段】本発明の制御装置は、バッテリの充電可能電力Ｗｉｎに基づいてモータ・ジェネレータの回生可能トルクＴｍｃを算出しＳ３、減速時のエンジントルクである減速時エンジントルクＴｅｐを、エンジン下限トルクと回生可能トルクＴｍｃとに基づいて算出しＳ４、減速時エンジントルクＴｅｐにてエンジンが運転された場合に失火を回避し得る許容ＥＧＲ量ＱＰｅｇｒに制限されるようにＥＧＲ装置を制御するＳ７。【選択図】図２

Description

本発明は、排気の一部を吸気系に還流するＥＧＲ装置を有したエンジンと、モータ・ジェネレータと、モータ・ジェネレータが発電する電力を蓄電可能なバッテリとを備えたハイブリッド車両に適用される制御装置に関する。

ハイブリッド車両の制御装置として、エンジンの次サイクルで失火条件が成立していると判定した場合に、次サイクルのＥＧＲ率に応じてエンジンの出力トルクが要求トルクよりも大きくなるようにエンジンを制御するとともに、要求トルクに対するエンジンの出力トルクの余剰分を電気エネルギーとしてバッテリに充電するようにモータ・ジェネレータを制御するものが知られている（特許文献１）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２及び３が存在する。

特開２０１１−１９５０７５号公報 特開２０１０−７７８７９号公報 特開２０１０−７００３１号公報

特許文献１の制御装置は、減速時の残留ＥＧＲによってエンジンが失火することを抑制するようにエンジントルクを増加させて、要求トルクに対する余剰分をモータ・ジェネレータで回生する。しかし、その回生量が大きくなってバッテリへの充電可能電力を超えてしまうとバッテリの耐久性が低下する。上記の余剰分を減らして回生量を抑制するためにエンジントルクを無条件に低下するとエンジンが失火するおそれがある。

そこで、本発明は、減速時におけるバッテリの保護とエンジンの失火防止とを両立し得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。

本発明の制御装置は、排気の一部を吸気系に還流するＥＧＲ装置を有したエンジンと、モータ・ジェネレータと、前記モータ・ジェネレータが発電する電力を蓄電可能なバッテリとを備えたハイブリッド車両に適用される制御装置において、前記バッテリの充電可能電力に基づいて前記モータ・ジェネレータの回生可能トルクを算出する回生可能トルク算出手段と、減速時のエンジントルクである減速時エンジントルクを、エンジン下限トルクと前記回生可能トルクとに基づいて算出する減速時エンジントルク算出手段と、前記減速時エンジントルクにて前記エンジンが運転された場合に失火を回避し得る許容ＥＧＲ量に制限されるように前記ＥＧＲ装置を制御するＥＧＲ制限手段と、を備えるものである（請求項１）。

本発明の制御装置によれば、バッテリの充電可能電力に基づいて算出された回生可能トルクが考慮されて減速時エンジントルクが算出され、その減速時エンジントルクでエンジンが運転された場合に失火を回避し得る許容ＥＧＲ量に制限される。これにより、バッテリの充電可能電力を超えることを抑制できるとともにエンジンの失火を回避できる。したがって、減速時におけるバッテリの保護とエンジンの失火防止とを両立し得る。

本発明の一形態に係る制御装置が適用されたハイブリッド車両の全体構成を示した図。 本発明の一形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャート。 図２の制御ルーチンを実施した場合における各物理量の時間的変化を比較例とともに示したタイミングチャート。

図１に示すように、車両１は複数の動力源を組み合わせたハイブリッド車両として構成されている。車両１は、エンジン３と、２つのモータ・ジェネレータ４、５とを走行用の動力源として備えている。エンジン３は４つの気筒１０を備えた直列４気筒型の内燃機関である。

エンジン３の各気筒１０には吸気通路１１と排気通路１２とがそれぞれ接続されている。吸気通路１１には各気筒１０に吸気を分配する吸気マニホールド１１ａが含まれ、排気通路１２には各気筒１０の排気を集合する排気マニホールド１２ａが含まれている。吸気通路１１には、空気濾過用のエアクリーナ１３、空気流量を調整可能なスロットルバルブ１４、ターボチャージャ１５のコンプレッサ１５ａ、及びインタークーラ１６がそれぞれ設けられている。排気通路１２には、ターボチャージャ１５のタービン１５ｂ、主に冷間時の排気浄化を行うスタート触媒１７、及び排気中の有害成分を浄化するＮＯｘ触媒１８がそれぞれ設けられている。ＮＯｘ触媒１８は周知の吸蔵還元型のＮＯｘ触媒である。

エンジン３には排気の一部を吸気系に還流するＥＧＲ装置２０が設けられている。ＥＧＲ装置２０は、排気通路１２と吸気通路１１とを結ぶＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１に導かれる排気（ＥＧＲガス）を冷却するＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブ２３とを備えている。ＥＧＲ通路２１は、その排気側の一端がスタート触媒１７とＮＯｘ触媒１８との間の排気通路１２に接続され、吸気側の一端がスロットルバルブ１４とターボチャージャ１５のコンプレッサ１５ａとの間の吸気通路１１に接続されている。

エンジン３と第１モータ・ジェネレータ４とは動力分割機構６に接続されている。動力分割機構６の出力は出力ギア３０に伝達される。出力ギア３０と第２モータ・ジェネレータ５とは互いに連結されていて一体回転する。出力ギア３０から出力した動力は減速装置３１及び差動装置３２を介して駆動輪３３に伝達される。第１モータ・ジェネレータ４はステータ４ａとロータ４ｂとを有する。第１モータ・ジェネレータ４は、動力分割機構６にて分割されたエンジン３の動力を受けて発電する発電機として機能するとともに、交流電力にて駆動される電動機としても機能する。同様に、第２モータ・ジェネレータ５はステータ５ａとロータ５ｂとを有し、電動機及び発電機としてそれぞれ機能する。各モータ・ジェネレータ４、５はモータ用制御装置３５を介してバッテリ３６に接続される。モータ用制御装置３５は各モータ・ジェネレータ４、５が発電した電力を直流変換してバッテリ３６に蓄電するとともにバッテリ３６の電力を交流変換して各モータ・ジェネレータ４、５に供給する。

動力分割機構６はシングルピニオン型の遊星歯車機構として構成されており、サンギアＳと、リングギアＲと、これらのギアＳ、Ｒに噛み合うピニオンＰを自転及び公転可能な状態で保持するプラネタリキャリアＣとを有している。サンギアＳは第１モータ・ジェネレータ４のロータ４ａに連結され、リングギアＲは出力ギア３０に連結され、プラネタリキャリアＣはエンジン３のクランク軸７に連結される。なお、クランク軸７とプラネタリキャリアＣとの間にはダンパ８が介在し、そのダンパ８はエンジン３のトルク変動を吸収する。

車両１の制御は電子制御装置（ＥＣＵ）４０にて制御される。ＥＣＵ４０はエンジン３及び各モータ・ジェネレータ４、５に対して各種の制御を行う。以下、本発明に関連してＥＣＵ４０が行う主要な制御について説明する。ＥＣＵ４０には、多数のセンサの信号が入力されるが、本発明に関連するものとしては、アクセルペダル３５の踏み込み量（アクセル開度）に応じた信号を出力するアクセル開度センサ４１、車両１の速度（車速）に応じた信号を出力する車速センサ４２、バッテリ３６の蓄電率に応じた信号を出力するＳＯＣセンサ４３、バッテリ３６の温度に応じた信号を出力する温度センサ４４、及び第２モータ・ジェネレータ５のモータ回転数に応じた信号を出力するレゾルバ４５の各信号がＥＣＵ４０に入力される。

ＥＣＵ４０は、アクセル開度センサ４１の出力信号と車速センサ４２の出力信号とを参照して運転者が要求する要求トルクを計算し、その要求トルクに対するシステム効率が最適となるように各種のモードを切り替えながら車両１を制御する。例えば、エンジン３の熱効率が低下する低負荷領域ではエンジン３の燃焼を停止して第２モータ・ジェネレータ５を駆動するＥＶモードが選択される。また、エンジン３だけではトルクが不足する場合は、エンジン３とともに第２モータ・ジェネレータ５を走行用駆動源とするハイブリッドモードが選択される。ハイブリッドモードが選択された場合、要求トルクはエンジン３のエンジントルクと、第２モータ・ジェネレータ５のモータトルクとの合算により出力される。すなわち、エンジントルクをＴｅ、モータトルクをＴｍとした場合、要求トルクＴｑは、Ｔｑ＝Ｔｅ×１／（１＋ρ）＋Ｔｍで定義される。なお、ρは動力分割機構６のプラネタリギア比である。要求トルクＴｑに対するエンジントルクＴｅとモータトルクＴｍとの配分は、エンジン回転数とエンジントルクとで定義されたエンジン３の動作点の変化とともに変化する。

車両１の減速時にはエンジントルクが低下して吸入空気量が減るため、減速前に実施していたＥＧＲガスが減速後に吸気通路１１に残留する残留ＥＧＲを原因とした失火が発生する可能性がある。残留ＥＧＲはＥＧＲバルブ２３から吸気マニホールド１１ａまでの吸気通路１１内で発生する（図１参照）。本形態の制御は残留ＥＧＲが解消するまでの間にＥＣＵ４０が実施する制御に特徴がある。以下、図２及び図３を参照しながら本形態に係る制御について説明する。

図２の制御ルーチンのプログラムは、ＥＣＵ４０に記憶されており適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。ステップＳ１において、ＥＣＵ４０はバッテリ３６の充電可能電力Ｗｉｎを算出する。充電可能電力Ｗｉｎはバッテリ３６の蓄電率及び温度の関数である。そこで、バッテリ３６の蓄電率及び温度を変数に含む近似的な計算式やマップ等を予め準備しておき、ＥＣＵ４０はＳＯＣセンサ４３の出力信号を参照してバッテリ３６の蓄電率を取得するとともに、温度センサ４４の出力信号を参照してバッテリ３６の温度を取得し、予め準備された計算式やマップを利用して充電可能電力Ｗｉｎを算出する。

ステップＳ２において、ＥＣＵ４０はレゾルバ４５の出力信号を参照して第２モータ・ジェネレータ５のモータ回転数Ｎｍｇを取得する。ステップＳ３において、ＥＣＵ４０は充電可能電力Ｗｉｎに基づいて第２モータ・ジェネレータ５の回生可能トルクＴｍｃを算出する。より具体的には、ステップＳ１で算出した充電可能電力ＷｉｎとステップＳ２で取得したモータ回転数Ｎｍｇとを以下の式１に代入することにより、回生可能トルクＴｍｃを算出する。

Ｔｍｃ＝Ｗｉｎ／Ｎｍｇ×１０００×６０／２π／ηｍｇ ……１

ただし、式１において、ηｍｇは第２モータ・ジェネレータ５の効率であり、各物理量の単位は、Ｔｍｃ［Ｎ・ｍ］、Ｗｉｎ［ｋＷ］、及びＮｍｇ［ｒｐｍ］である。

ステップＳ４において、ＥＣＵ４０はエンジン下限トルクＴｅｄと回生可能トルクＴｍｃとに基づいて減速時エンジントルクＴｅｐを算出する。エンジン下限トルクＴｅｄは現在の走行条件で運転者が減速感等を満足するためのエンジントルクの下限値として定義され、走行条件毎に予め設定されている。例えば、アクセル開度が０の時のエンジン負トルクがエンジン下限トルクＴｅｄに相当する。減速時エンジントルクＴｅｐは減速時に駆動輪３３から出力されるべき下限トルクを満足させるエンジントルクを意味し、以下の式２に基づいてＥＣＵ４０にて算出される。

Ｔｅｐ＝Ｔｅｄ−Ｔｍｃ×（１＋ρ） ……２

ただし、式２において、ρは動力分割機構６のプラネタリギア比である。

ステップＳ５において、ＥＣＵ４０は許容ＥＧＲ量ＱＰｅｇｒを算出する。許容ＥＧＲ量ＱＰｅｇｒはエンジン３が減速時エンジントルクＴｅｐで運転された場合に失火を回避し得るＥＧＲ量を意味し実験的に定められる。ＥＣＵ４０は、実機試験やシミュレーションに基づいて作成され、減速先トルクＴｅｐを変数として許容ＥＧＲ量ＱＰｅｇｒを与えるマップを予め記憶しておく。そして、ＥＣＵ４０は、ステップＳ４で算出した減速時エンジントルクＴｅｐに対応する許容ＥＧＲ量ＱＰｅｇｒをそのマップを参照することによって算出する。

ステップＳ６において、ＥＣＵ４０は許容ＥＧＲ量ＱＰｅｇｒを、許容ＥＧＲ率ＲＰｅｇｒに換算する。具体的には、次の式３を利用してこの換算を実施する。

ＲＰｅｇｒ＝ＱＰｅｇｒ／Ｖｅｇｒ ……３

ただし、式３において、Ｖｅｇｒは残留ＥＧＲ容積を意味し、ＥＧＲバルブ２３から吸気マニホールド１１ａまでの容積に相当する。

ステップＳ７において、ＥＣＵ４０はＥＧＲ率が許容ＥＧＲ率ＲＰｅｇｒに制限されるようにＥＧＲ装置２０（ＥＧＲバルブ２３）を制御する。換言すれば、ＥＣＵ４０は、ＥＧＲ率が許容ＥＧＲ率ＲＰｅｇｒを上回らないように上限ガードをかける。

ステップＳ８において、ＥＣＵ４０は減速後所定時間経過したか否かを判定する。この所定時間は残留ＥＧＲが解消する時間に相当する。減速後所定時間経過した場合はステップＳ９に進んでエンジン３及びＥＧＲ装置２０に対する通常制御を行う。一方、減速後所定時間経過していない場合はステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０において、ＥＣＵ４０はエンジントルクが減速時エンジントルクＴｅｐに制限されるようにエンジン３を制御する。換言すれば、ＥＣＵ４０は、エンジントルクが減速時エンジントルクＴｅｐを下回らないように下限ガードをかける。

図２の制御ルーチンを実施した制御結果の一例を、図３を参照しながら説明する。図３に示したように、比較例は時刻ｔ１で減速が開始されて残留ＥＧＲが解消される時刻ｔ３までの間に、エンジントルクが一点鎖線で示した通常時トルクよりも矢印方向に嵩上げされる結果、新気量が増えてＥＧＲ率が低下して破線で示すように失火域に達することが回避される。これにより、エンジン３の失火を回避できる。しかし、嵩上げ時のエンジントルクの余剰分が大きいため、第２モータ・ジェネレータ５による回生時のモータトルクの絶対値が大きくなり充電量が充電可能電力Ｗｉｎをハッチングで示した範囲で超えてしまう。そのため、バッテリ３６を傷めて耐久性が低下する。

これに対して、本形態の場合には、回生時におけるモータトルクが、バッテリ３６の充電可能電力Ｗｉｎに基づいて算出された回生可能トルクＴｍｃに抑えられ、かつ嵩上げされるエンジントルクが、回生可能トルクＴｍｃとエンジン下限トルクＴｅｄとに基づいて算出された減速時エンジントルクＴｅｐに制限される（下限ガード）。そして、減速時エンジントルクＴｅｐの運転で失火を回避できる許容ＥＧＲ率ＲＰｅｇｒに制限されるので、充放電量が充電可能電力Ｗｉｎを超えることを回避しつつ、失火を回避し得る最大限のＥＧＲの実施が可能となる。よって、減速時におけるバッテリ３６の保護とエンジン３の失火防止とを両立し得る。

ＥＣＵ４０は、図２のステップＳ３を実行することにより本発明に係る回生可能トルク算出手段として機能し、図２のステップＳ４を実行することにより本発明に係る減速時エンジントルク算出手段として機能し、図２のステップＳ１０を実行することにより本発明に係るＥＧＲ制限手段として機能する。

ただし、本発明は上記形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。本発明の制御装置の適用対象としては、図１に示した形態のハイブリッド車両に限らない。例えば、一つのモータ・ジェネレータがエンジンに直結された形態のハイブリッド車両に対しても本発明を適用できる。

上記形態では、減速時のＥＧＲ量を制限する際に、許容ＥＧＲ量ＱＰｅｇｒを算出してからこれを許容ＥＧＲ率ＲＰｅｇｒに換算しているが、本発明は、許容ＥＧＲ量ＱＰｅｇｒを制御目標としてＥＧＲ装置２０（ＥＧＲバルブ２３）を制御する形態で実施することも可能である。

１ ハイブリッド車両
３ エンジン
５ 第２モータ・ジェネレータ（モータ・ジェネレータ）
２０ ＥＧＲ装置
３３ 駆動輪
３６ バッテリ
４０ ＥＣＵ（回生可能トルク算出手段、減速時エンジントルク算出手段、ＥＧＲ制限手段）

Claims (1)

1. 排気の一部を吸気系に還流するＥＧＲ装置を有したエンジンと、モータ・ジェネレータと、前記モータ・ジェネレータが発電する電力を蓄電可能なバッテリとを備えたハイブリッド車両に適用される制御装置において、
   前記バッテリの充電可能電力に基づいて前記モータ・ジェネレータの回生可能トルクを算出する回生可能トルク算出手段と、
   減速時のエンジントルクである減速時エンジントルクを、エンジン下限トルクと前記回生可能トルクとに基づいて算出する減速時エンジントルク算出手段と、
   前記減速時エンジントルクにて前記エンジンが運転された場合に失火を回避し得る許容ＥＧＲ量に制限されるように前記ＥＧＲ装置を制御するＥＧＲ制限手段と、
   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。

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