JP2015085849A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関停止制御が開始された後のパワープラントの振動を低減し、電動機を用いた内燃機関停止制御の精度低下を抑制できるハイブリッド車両の制御装置を提供する。【解決手段】過給機２３を備える内燃機関２と、内燃機関２の出力軸５に連結されたモータ・ジェネレータ３とを備えるハイブリッド車両１Ａに適用され、モータ・ジェネレータ３を制御するＥＣＵ６０を備えるハイブリッド車両１Ａの制御装置において、内燃機関２には、過給機２３のコンプレッサ２３ａをバイパスするバイパス通路３０と、バイパス通路３０を開閉するバイパス弁３１とが設けられ、内燃機関２を停止させるとき、バイパス弁３１が開弁された後に、ＥＣＵ６０がモータ・ジェネレータ３を用いて内燃機関２を停止させる。【選択図】図２

Description

本発明は、電動機を用いた内燃機関停止制御が行われるハイブリッド車両の制御装置に関する。

内燃機関を停止する条件が成立したときに、予め設定された目標クランク角位置に内燃機関を停止させるように、エンジン回転速度が停止位置制御終了回転速度に至るまで電動機を用いてエンジン回転速度を制御するハイブリッド車両が知られている。（特許文献１参照）。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が存在する。

特開２０１０−１７３５５７号公報 特開２０１０−０１４０７２号公報

過給機を備えた内燃機関が設けられたハイブリッド車両では、内燃機関を停止させるとき、内燃機関を停止させる制御が開始された後も過給機が慣性で回転して吸気が気筒内に流入し、内縁機関の圧縮反力が大きくなるため、内燃機関の出力軸に設けられたダンパの共振周波数を生じさせパワープラントの振動が大きくなることがある。また、この振動により、電動機を用いた内燃機関停止制御の精度が低下することがある。

そこで、本発明は、パワープラントの振動を低減し、電動機を用いた内燃機関停止制御の精度低下を抑制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。

本発明のハイブリッド車両の制御装置は、過給機を備える内燃機関と、前記内燃機関の出力軸に連結された電動機と、を備えるハイブリッド車両に適用され、前記電動機を制御する電動機制御手段を備えるハイブリッド車両の制御装置において、前記内燃機関には、前記過給機のコンプレッサをバイパスするバイパス通路と、前記バイパス通路を開閉するバイパス弁とが設けられ、前記内燃機関を停止させるとき、前記バイパス弁が開弁された後に、前記電動機制御手段は前記電動機を用いて前記内燃機関を停止させる（請求項１）。

本発明のハイブリッド車両の制御装置によれば、バイパス弁を開弁することにより圧縮反力が小さくなるため、電動機を用いた内燃機関停止制御におけるパワープラントの振動を低減でき、内燃機関停止制御の精度の悪化を抑制することができる。

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。 図１のハイブリッド車両に搭載された内燃機関の構成を示した図。 本発明の一形態に係るハイブリッド車両の制御装置の制御系統を示した図。 ハイブリッドＥＣＵが実行する制御ルーチンの一例を示したフローチャート。 内燃機関を停止するときの、モータ・ジェネレータ等の動作を示したタイムチャート。 第２モータ・ジェネレータで走行する走行状態における内燃機関の回転速度とモータ・ジェネレータの回転速度との関係を示した共線図。 エンジン停止制御時における内燃機関の回転速度とモータ・ジェネレータの回転速度との関係を示した共線図。 第２の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。

（第１の形態）
図１に示すように、車両１Ａ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１Ａは、内燃機関２、第１モータ・ジェネレータ３及び第２モータ・ジェネレータ４を走行用動力源として備えている。内燃機関２の出力軸であるエンジン出力軸５、第１モータ・ジェネレータ３の回転軸である第１ＭＧ回転軸６、及び駆動輪１８に動力を出力するための駆動軸７は、動力分割機構８に連結されている。つまり、第１モータ・ジェネレータ３は、動力分割機構８を介して内燃機関２の出力軸であるエンジン出力軸５と連結されている。第１モータ・ジェネレータ３は、本発明に係る電動機に相当する。第１モータ・ジェネレータ３は、ステータ３ａ及びロータ３ｂを有する。第１モータ・ジェネレータ３は、動力分割機構８にて分配された内燃機関２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４は、ステータ４ａ及びロータ４ｂを有し、電動機及び発電機として機能する。

動力分割機構８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いる。動力分割機構８は、外歯歯車のサンギアＳと、サンギアＳと同軸に配置された内歯歯車のリングギアＲと、これらのサンギアＳ及びリングギアＲに噛み合うピニオンＰを自転及び公転可能に保持するプラネタリキャリアＣとを有している。エンジン出力軸５は動力分割機構８のプラネタリキャリアＣに連結されており、エンジン出力軸５はプラネタリキャリアＣと一体回転する。そのため、内燃機関２が出力するエンジントルクはプラネタリキャリアＣに伝達される。エンジン出力軸５にはダンパ１０が設けられており、ダンパ１０により内燃機関２のトルク変動が吸収される。エンジン出力軸５の端部にはオイルポンプ１１が連結されている。オイルポンプ１１は動力分割機構８を介して内燃機関２又は第１モータ・ジェネレータ３にて駆動される。第１モータ・ジェネレータ３のロータ３ｂは第１ＭＧ回転軸６に連結されており、第１ＭＧ回転軸６は動力分割機構８のサンギアＳに連結されている。そのため、ロータ３ｂはサンギアＳと一体回転する。動力分割機構８のリングギアＲは駆動軸７に連結されており、駆動軸７は出力ギア列１２の出力ドライブギア１３と連結している。そのため、出力ドライブギア１３はリングギアＲと一体回転し、動力分割機構８からリングギアＲを介して出力されたトルクは出力ドライブギア１３に伝達される。出力ドライブギア１３は、出力ギア列１２で出力ドリブンギア１４と噛み合っている。出力ドリブンギア１４は、ギア１５を介して第２モータ・ジェネレータ４のロータ４ｂと連結されている。ギア１５は第２モータ・ジェネレータ４のロータ４ｂと一体回転する。出力ドリブンギア１４から出力されたトルクは、ギア列１６を介して差動装置１７に伝達され、差動装置１７を介して左右の駆動輪１８に分配される。

図２に示すように、内燃機関２は４つの気筒２０が一方向に並べられた直列４気筒型の内燃機関として構成されている。各気筒２０には吸気通路２１及び排気通路２２がそれぞれ接続されている。内燃機関２には、排気のエネルギーを駆動源として作動して吸気を過給するターボチャージャ２３が設けられている。ターボチャージャ２３は、本発明に係る過給機に相当する。吸気通路２１には、ターボチャージャ２３のコンプレッサ２３ａが設けられている。また、吸気通路２１には、コンプレッサ２３ａをバイパスするバイパス通路３０が設けられている。バイパス通路３０には、バイパス通路３０を開閉するバイパス弁３１が設けられている。バイパス弁３１を開弁すると、コンプレッサ２３ａで圧縮されていない空気がバイパス通路３０を経由して気筒２０に吸入されるため、バイパス弁３１を閉弁した状態よりも気筒２０に吸入される空気量が低減する。コンプレッサ２３ａよりも上流の吸気通路２１には、吸気通路２１内を流れる吸気の流量を調整できる吸気絞り弁３２が設けられている。吸気絞り弁３２よりも上流の吸気通路２１には、吸気通路２１内を流れる空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ３３が設けられている。コンプレッサ２３ａよりも下流の吸気通路２１には、コンプレッサ２３ａで加圧された吸気を冷却するためのインタークーラ３４が設けられている。

排気通路２２には、ターボチャージャ２３のタービン２３ｂが設けられている。また、排気通路２２には、タービン２３ｂより上流の排気をタービン２３ｂよりも下流にバイパスするウェイストゲートバルブ機構４０が設けられている。ウェイストゲートバルブ機構４０には、タービン２３ｂに導かれる排気の流量を調整することができるウェイストゲートバルブ４１が設けられている。タービン２３ｂより下流の排気通路２２には、スタートコンバータ４２及び後処理装置４３が設けられており、ウェイストゲートバルブ４１を開弁すると、ウェイストゲートバルブ４１を通った排気はタービン２３ｂを経由せずにスタートコンバータ４２に流入する。タービン２３ｂ又はウェイストゲートバルブ４１を通った排気は、スタートコンバータ４２及び後処理装置４３で有害物質が除去されてから大気に放出される。

内燃機関２には、排気通路２２から排気の一部を取り出して吸気通路２１にＥＧＲガスとして再循環させるＥＧＲ装置５０が設けられている。ＥＧＲ装置５０は、排気通路２２から排気の一部をＥＧＲガスとして取り出して吸気通路２１に導くＥＧＲ通路５１と、ＥＧＲ通路５１を流れるＥＧＲガスの流量を調整できるＥＧＲ弁５２と、ＥＧＲ通路５１を流れるＥＧＲガス冷却するＥＧＲクーラ５３とを備えている。ＥＧＲ通路５１は、スタートコンバータ４２よりも下流側の排気通路２２と、コンプレッサ２３ａより上流かつ吸気絞り弁３２より下流の吸気通路２１とを接続している。

図３に示すように、車両１Ａの各部の制御は各種の電子制御装置（ＥＣＵ）にて制御される。ハイブリッドＥＣＵ６０には、車両１Ａの車速に応じた信号を出力する車速センサ６１、アクセルペダルの踏み込み量に応じた信号を出力するアクセル開度センサ６２、第１モータ・ジェネレータ３の回転速度に応じた信号を出力する第１ＭＧ回転数センサ６３、第２モータ・ジェネレータ４の回転速度に応じた信号を出力する第２ＭＧ回転数センサ６４、駆動軸７の回転速度に応じた信号を出力する駆動軸回転数センサ６５、不図示のバッテリの充電量に応じた信号を出力するＳＯＣセンサ６６等の出力信号が入力される。ハイブリッドＥＣＵ６０は、第１モータ・ジェネレータ３及び第２モータ・ジェネレータ４に発生させるトルクを算出し、発生させるトルクについてＭＧＥＣＵ７０に指令を出力する。また、ハイブリッドＥＣＵ６０は、内燃機関２の運転条件を決定し、内燃機関２の運転条件についてエンジンＥＣＵ７１に指令を出力する。ＭＧＥＣＵ７０は、ハイブリッドＥＣＵ６０から入力された指令に基づき、第１モータ・ジェネレータ３及び第２モータ・ジェネレータ４に発生させるトルクに対応した電圧を算出し、それぞれのモータ・ジェネレータに電圧を出力する。エンジンＥＣＵ７１は、ハイブリッドＥＣＵ６０から入力された指令に基づき、吸気絞り弁３２、点火プラグ７２、バイパス弁３１、ウェイストゲートバルブ４１等に対して各種の制御を行う。

図４は、ハイブリッドＥＣＵ６０が実施する制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。図４の制御ルーチンのプログラムはハイブリッドＥＣＵ６０に保持されており、適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。ハイブリッドＥＣＵ６０は、図４の制御ルーチンを実行することにより、本発明に係る電動機制御手段として機能する。

この制御ルーチンにおいてハイブリッドＥＣＵ６０は、まずステップＳ１において、内燃機関２を停止する要件を満たしているか否かを判定する。具体的には、ハイブリッドＥＣＵ６０はアクセル開度センサ６２の出力からアクセル開度を検出し、アクセル開度が予め定められた開度θ１以下か判定する。アクセル開度が開度θ１以下の場合は、ハイブリッドＥＣＵ６０は内燃機関２を停止する要件を満たしたと判断し、ステップＳ２に進む。一方、アクセル開度が開度θ１よりも大きい場合は、ハイブリッドＥＣＵ６０は内燃機関２を停止する要件を満たしていないと判断し、今回のルーチンを終了する。

ステップＳ２において、ハイブリッドＥＣＵ６０はバイパス弁３１を開弁させる指令をエンジンＥＣＵ７１に出力する。そして、その指令を受けたエンジンＥＣＵ７１がバイパス弁３１を開弁させる。次のステップＳ３において、ハイブリッドＥＣＵ６０は、バイパス弁３１の状態を検出する。バイパス弁３１の状態は、例えば、バイパス弁３１に開度センサを設ける方法や、バイパス弁３１への指令から判断する方法により検出する。次のステップＳ４において、ハイブリッドＥＣＵ６０は、バイパス弁３１の開度が所定値より大きいか判定する。バイパス弁３１の開度が所定値よりも大きい場合は、ステップＳ５に進む。一方、バイパス弁３１の開度が所定値以下の場合は、ステップＳ６に進む。

ステップＳ５において、ハイブリッドＥＣＵ６０は、内燃機関２を停止させる制御を行う。ハイブリッドＥＣＵ６０は、この制御を行う指令をＭＧＥＣＵ７０に出力する。そして、ＭＧＥＣＵ７０は、その指令に基づいて、第１モータ・ジェネレータ３に電圧を出力する。そして、今回のルーチンを終了する。

一方、ステップＳ６において、ハイブリッドＥＣＵ６０は、第１モータ・ジェネレータ３のトルクを内燃機関２の反力トルクに制御する指令をＭＧＥＣＵ７０に出力する。そして、ＭＧＥＣＵ７０は、その指令に基づいて、第１モータ・ジェネレータ３に電圧を出力する。そして、今回のルーチンを終了する。

以上説明した図４の制御ルーチンをハイブリッドＥＣＵ６０が実行することにより、バイパス弁３１を開弁して内燃機関２の圧縮反力が小さい状態で、第１モータ・ジェネレータ３を用いて内燃機関２を停止させる制御が行われるため、パワープラントの振動を低減でき、内燃機関停止制御の精度の悪化を抑制することができる。

図４の制御ルーチンに基づいて、第１モータ・ジェネレータ３等を動作させたタイムチャートを図５に示す。図５に示すように、アクセル開度が低下し開度θ１以下となった時刻ｔ１で、ハイブリッドＥＣＵ６０はアクセル開度センサ６２の出力からアクセル開度が開度θ１となったことを検出し、燃料の噴射を停止させバイパス弁３１を開弁させる指令をエンジンＥＣＵ７１に出力する。この指令を受けてエンジンＥＣＵ７１は燃料の噴射を停止させバイパス弁３１を開弁させる。

その後、バイパス弁３１の開度が所定値より大きくなったことを検出する時刻ｔ２まで、ハイブリッドＥＣＵ６０は、第１モータ・ジェネレータ３のトルクを内燃機関２の反力トルクに制御し、第２モータ・ジェネレータ４のトルクで走行する状態を継続する。図６は、この走行状態を示した共線図である。

図５に示すように、バイパス弁３１の開度が所定値より大きくなったことをハイブリッドＥＣＵ６０が検出した時刻ｔ２から、ハイブリッドＥＣＵ６０は、内燃機関２を停止させる制御を開始する。具体的には、ハイブリッドＥＣＵ６０は、時刻ｔ２から、第１モータ・ジェネレータ３のトルクを内燃機関２の回転速度を低下させるトルクに制御する。図７に示すように、燃料の噴射を停止し内燃機関２の点火を停止した状態では、第１モータ・ジェネレータ３のトルクによって内燃機関２の回転速度を制御することができる。その後、エンジン回転速度が低下して所定値以下となった時刻ｔ３以後、ハイブリッドＥＣＵ６０は、予め定められた目標クランク角位置に内燃機関２を停止させるように、第１モータ・ジェネレータ３のトルクを制御する。そして、内燃機関２の停止位置が予め定められた目標クランク角位置になった時刻ｔ４で、ハイブリッドＥＣＵ６０は、第１モータ・ジェネレータ３のトルクをゼロに制御する。

（第２の形態）
次に、本発明の第２の形態を図８を参照して説明する。この形態は第１の形態とは異なり、ハイブリッド車両の構成がシリーズ・パラレル切換え型となっている。以下、第２の形態の特徴部分を説明し、第１の形態との共通部分については図面に同一符号を付して説明を省略する。

図８に示すように、車両１Ｂ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１Ｂは、内燃機関２、モータ８０及びモータ・ジェネレータ８１を走行用動力源として備えている。モータ８０は、ステータ８０ａ及びロータ８０ｂを有する。モータ・ジェネレータ８１は、ステータ８１ａ及びロータ８１ｂを有し、内燃機関２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。モータ・ジェネレータ８１は、本発明に係る電動機に相当する。

モータ・ジェネレータ８１は、ＭＧギア列９０を介して内燃機関２の出力軸であるエンジン出力軸８２と連結されている。ＭＧギア列９０は、エンジン出力軸８２と一体回転するＭＧドライブギア９０ａと、ＭＧドライブギア９０ａと噛み合うＭＧドリブンギア９０ｂとを含む。ＭＧドリブンギア９０ｂはモータ・ジェネレータ８１の回転軸であるＭＧ回転軸８３と連結されており、ＭＧ回転軸８３はモータ・ジェネレータ８１のロータ８１ｂと連結されている。そのため、ＭＧドリブンギア９０ｂはロータ８１ｂと一体回転する。エンジン出力軸８２にはダンパ９２が設けられており、ダンパ９２により内燃機関２のトルク変動が吸収される。また、エンジン出力軸８２にはクラッチ９３が設けられており、クラッチ９３が係合状態に操作されると、エンジン出力軸８２は出力ギア列９１の出力ドライブギア９１ａと連結された状態となる。一方、クラッチ９３が解放状態に操作されると、伝達経路が切り離され、エンジン出力軸８２から出力ドライブギア９１ａへの動力伝達が遮断される。出力ドライブギア９１ａは、出力ギア列９１で出力ドリブンギア９１ｂと噛み合っている。出力ドリブンギア９１ｂは駆動軸８４と一体回転する。そのため、クラッチ９３が係合状態に操作された場合、内燃機関２から出力されたトルクは駆動軸８４に伝達される。

駆動軸８４とモータ８０との間にはモータギア列９４が介在する。モータギア列９４は、モータ８０のロータ８０ｂと一体回転するモータドライブギア９４ａと、モータドライブギア９４ａと噛み合うモータドリブンギア９４ｂとを含む。モータドリブンギア９４ｂは駆動軸８４と一体回転し、モータ８０から出力されたトルクは駆動軸８４に伝達される。駆動軸８４から出力されたトルクは、ギア列９５を介して差動装置９６に伝達され、差動装置９６を介して左右の駆動輪９７に分配される。

以上の構成により、クラッチ９３が係合状態に操作された場合、内燃機関２を回転させると、駆動軸８４を回転させると共に、モータ・ジェネレータ８１を回転させてモータ・ジェネレータ８１に発電させ、発電した電力によりモータ８０も駆動軸８４を回転させるパラレル方式のハイブリッド車両として使用することができる。一方、クラッチ９３が解放状態に操作された場合は、内燃機関２を回転させると、モータ・ジェネレータ８１を回転させてモータ・ジェネレータ８１に発電させ、発電した電力によりモータ８０が駆動軸８４を回転させるシリーズ方式のハイブリッド車両として使用することができる。

本形態では、ハイブリッドＥＣＵ６０が内燃機関２を停止する要件を満たしたと判断してバイパス弁３１を開弁させる指令を出力後、バイパス弁３１の開度が所定値以下ではクラッチ９３を係合状態に操作したままパラレル方式で走行を継続し、バイパス弁３１の開度が所定値よりも大きくなったらクラッチ９３を開放状態に操作してモータ・ジェネレータ８１を用いて内燃機関２を停止させる制御を行う。この制御を行うことにより、第１の形態と同様に、バイパス弁３１を開弁して内燃機関２の圧縮反力が小さい状態で、モータ・ジェネレータ８１を用いて内燃機関２を停止させる制御が行われるため、パワープラントの振動を低減でき、内燃機関停止制御の精度の悪化を抑制することができる。

本発明は、上記各形態に限定されず、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。上記各形態では、動力分割機構を用いたスプリット方式のハイブリッド車両や、シリーズ・パラレル切換え型のハイブリッド車両に適用したが、例えばパラレル方式のハイブリッド車両やシリーズ方式のハイブリッド車両など他の方式のハイブリッド車両にも適用できる。また、上記各形態ではターボチャージャを備えた内燃機関が設けられたハイブリッド車両に本発明を適用したが、例えばスーパーチャージャなどターボチャージャ以外の過給機を備えた内燃機関が設けられたハイブリッド車両にも本発明を適用できる。また、上記各形態ではＥＧＲ装置を備えた内燃機関が設けられたハイブリッド車両に本発明を適用したが、ＥＧＲ装置を備えていない内燃機関が設けられたハイブリッド車両にも本発明を適用できる。

１Ａ、１Ｂ 車両（ハイブリッド車両）
２ 内燃機関
３ 第１モータ・ジェネレータ（電動機）
５、８２ エンジン出力軸（出力軸）
２３ ターボチャージャ（過給機）
２３ａ コンプレッサ
３０ バイパス通路
３１ バイパス弁
６０ ハイブリッドＥＣＵ（電動機制御手段）
８１ モータ・ジェネレータ（電動機）

Claims (1)

1. 過給機を備える内燃機関と、前記内燃機関の出力軸に連結された電動機と、を備えるハイブリッド車両に適用され、前記電動機を制御する電動機制御手段を備えるハイブリッド車両の制御装置において、
   前記内燃機関には、前記過給機のコンプレッサをバイパスするバイパス通路と、前記バイパス通路を開閉するバイパス弁とが設けられ、
   前記内燃機関を停止させるとき、前記バイパス弁が開弁された後に、前記電動機制御手段は前記電動機を用いて前記内燃機関を停止させ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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